שונות

סוגים וטכנולוגיות של זיכרון מוליכים למחצה

סוגים וטכנולוגיות של זיכרון מוליכים למחצה


זיכרון מוליכים למחצה משמש בכל מכלול אלקטרוניקה המשתמש בטכנולוגיית עיבוד מחשב. זיכרון מוליכים למחצה הוא רכיב האלקטרוניקה החיוני הדרוש לכל מכלול PCB מבוסס מחשבים.

בנוסף לכך, כרטיסי זיכרון הפכו לפריטים מקובלים לאחסון נתונים באופן זמני - החל מכרטיסי זיכרון פלאש ניידים המשמשים להעברת קבצים וכלה בכרטיסי זיכרון מוליכים למחצה המשמשים במצלמות, טלפונים ניידים וכדומה.

השימוש בזיכרון מוליכים למחצה גדל, וגודל כרטיסי הזיכרון הללו גדל ככל שיש צורך בכמויות אחסון גדולות וגדולות יותר.

כדי לענות על הצרכים ההולכים וגדלים לזיכרון מוליכים למחצה, ישנם סוגים וטכנולוגיות רבים בהם נעשה שימוש. ככל שהביקוש גדל ומוצגות טכנולוגיות זיכרון חדשות והסוגים והטכנולוגיות הקיימים מפותחים עוד יותר.

מגוון טכנולוגיות זיכרון שונות זמינות - כל אחת מתאימה ליישומים שונים. שמות כמו ROM, RAM, EPROM, EEPROM, זיכרון פלאש, DRAM, SRAM, SDRAM, כמו גם F-RAM ו- MRAM זמינים, וחדשים סוגים מפותחים כדי לאפשר ביצועים משופרים.

מונחים כמו DDR3, DDR4, DDR5 ועוד רבים נראים ואלה מתייחסים לסוגים שונים של זיכרון מוליכים למחצה SDRAM.

בנוסף לכך התקני המוליכים למחצה זמינים בצורות רבות - ICs להרכבת לוחות מודפסים, כרטיסי זיכרון USB, כרטיסי פלאש קומפקט, כרטיסי זיכרון SD ואפילו כוננים קשיחים במצב מוצק. זיכרון מוליכים למחצה משולב אפילו בשבבי מיקרו-מעבדים רבים כזיכרון על הלוח.

זיכרון מוליכים למחצה: סוגים עיקריים

ישנם שני סוגים או קטגוריות עיקריות שניתן להשתמש בהם לטכנולוגיית מוליכים למחצה. סוגי זיכרון או קטגוריות אלה מבדילים את הזיכרון לאופן פעולתו:

  • זיכרון RAM - זיכרון גישה אקראית: כפי שמציעים השמות, זיכרון RAM או זיכרון גישה אקראית הם סוג של טכנולוגיית זיכרון מוליכים למחצה המשמשת לקריאה וכתיבה של נתונים בכל סדר שהוא - במילים אחרות כפי שהוא נדרש על ידי המעבד. הוא משמש ליישומים כגון זיכרון המחשב או המעבד, בו משתנים ושאר מאוחסנים ונדרשים באופן אקראי. הנתונים נשמרים וקוראים פעמים רבות אל סוג הזיכרון הזה וממנו.

    זיכרון גישה אקראית משמש בכמויות עצומות ביישומי מחשב, שכן טכנולוגיית המחשוב והעיבוד הנוכחית דורשת כמויות גדולות של זיכרון כדי לאפשר להם להתמודד עם היישומים הרעבים בזיכרון המשמשים כיום. סוגים רבים של זיכרון RAM כולל SDRAM עם DDR3, DDR4 ובקרוב גרסאות DDR5 משמשים בכמויות אדירות.

  • ROM - זיכרון לקריאה בלבד: ROM הוא סוג של טכנולוגיית זיכרון מוליכים למחצה המשמשת במקום בו הנתונים נכתבים פעם אחת ואז לא משתנים. לאור זאת הוא משמש במקום בו יש לאחסן נתונים לצמיתות, גם כאשר החשמל מוסר - טכנולוגיות זיכרון רבות מאבדות את הנתונים לאחר הסרת החשמל.

    כתוצאה מכך, סוג זה של טכנולוגיית זיכרון מוליכים למחצה נמצא בשימוש נרחב לאחסון תוכניות ונתונים שחייבים להתקיים כאשר מחשב או מעבד מופעלים. לדוגמא ה- BIOS של המחשב יאוחסן ב- ROM. כפי שהשם מרמז, לא ניתן לכתוב נתונים בקלות ל- ROM. בהתאם לטכנולוגיה המשמשת את ה- ROM, כתיבת הנתונים ל- ROM תחילה עשויה לדרוש חומרה מיוחדת. למרות שלעתים קרובות ניתן לשנות את הנתונים, רווח זה דורש חומרה מיוחדת כדי למחוק את הנתונים המוכנים לכתיבת נתונים חדשים.

כפי שניתן לראות, שני סוגי הזיכרון הללו שונים מאוד, וכתוצאה מכך משתמשים בהם בדרכים שונות מאוד.

כל אחת מטכנולוגיות הזיכרון של מוליכים למחצה המתוארות להלן מתחלקת לאחד משני סוגי הקטגוריות הללו. כל טכנולוגיה מציעה יתרונות משלה ומשמשת בדרך מסוימת, או ליישום מסוים.

טכנולוגיות זיכרון מוליכים למחצה

יש מגוון גדול של סוגי ROM ו- RAM זמינים. לעתים קרובות השם הכולל של טכנולוגיית הזיכרון כולל את ראשי התיבות RAM או ROM וזה נותן מדריך לגבי סוג הפורמט הכללי של הזיכרון.

כאשר הטכנולוגיה עוברת קדימה, לא זו בלבד שהטכנולוגיות המבוססות עוברות קדימה עם טכנולוגיית SDRAM עוברות מ- DDR3 ל- DDR4 ואז ל- DDR5, אלא שזיכרון הפלאש המשמש בכרטיסי זיכרון מתפתח כמו גם הטכנולוגיות האחרות.

בנוסף לכך, טכנולוגיות זיכרון חדשות מגיעות למקום והן מתחילות להשפיע על השוק ומאפשרות ביצועים יעילים יותר של מעגלי המעבדים.

להלן מפורטים סוגי הזיכרון השונים או טכנולוגיות הזיכרון:

  • לְגִימָה: זיכרון RAM דינמי הוא סוג של זיכרון גישה אקראית. DRAM משתמש בקבל לאחסון כל סיבית נתונים, ורמת הטעינה בכל קבל קובעת אם סיבית זו היא 1 או 0 לוגית.

    עם זאת קבלים אלה אינם מחזיקים את מטענם ללא הגבלת זמן, ולכן יש לרענן את הנתונים מעת לעת. כתוצאה מרענון דינמי זה הוא זוכה בשמו של זיכרון RAM דינמי. DRAM הוא סוג של זיכרון מוליכים למחצה המשמש לעתים קרובות בציוד כולל מחשבים אישיים ותחנות עבודה שבהם הוא מהווה את ה- RAM הראשי למחשב. התקני המוליכים למחצה זמינים בדרך כלל כמעגלים משולבים לשימוש בהרכבת PCB בצורה של התקני הרכבה עיליים או בתדירות נמוכה יותר כרכיבים עופרת.


  • EEPROM: זהו זיכרון קריאה בלבד לתכנות הניתן לתכנות. ניתן לכתוב נתונים להתקני מוליכים למחצה אלה וניתן למחוק אותם באמצעות מתח חשמלי. זה מוחל בדרך כלל על סיכה למחוק על השבב. כמו סוגים אחרים של PROM, EEPROM שומר על תוכן הזיכרון גם כאשר החשמל מנותק. כמו בדומה לסוגים אחרים של ROM, EEPROM אינו מהיר כמו RAM.

  • EPROM: זהו זיכרון לקריאה בלבד הניתן לתכנות מחיק. ניתן לתכנת התקני מוליכים למחצה אלה ולמחוק אותם במועד מאוחר יותר. זה מושג בדרך כלל על ידי חשיפת מכשיר המוליכים למחצה עצמו לאור אולטרה סגול. כדי לאפשר את זה לקרות יש חלון עגול בחבילה של ה- EPROM המאפשר לאור להגיע לסיליקון של המכשיר. כאשר ה- PROM נמצא בשימוש, חלון זה מכוסה בדרך כלל על ידי תווית, במיוחד כאשר ייתכן שיהיה צורך לשמור את הנתונים לתקופה ממושכת.

    ה- PROM שומר את נתוניו כמטען על קבלים. יש קבל אחסון טעינה לכל תא וניתן לקרוא אותו שוב ושוב כנדרש. עם זאת נמצא כי לאחר שנים רבות המטען עלול לזלוג והנתונים עלולים לאבד.

    עם זאת, סוג זה של זיכרון מוליכים למחצה היה בשימוש נרחב ביישומים בהם נדרשה צורה של ROM, אך כאשר היה צורך לשנות את הנתונים מעת לעת, כמו בסביבת פיתוח, או כאשר הכמויות היו נמוכות.

  • זיכרון פלאש: זיכרון פלאש עשוי להיחשב כפיתוח טכנולוגיית EEPROM. ניתן לכתוב אליו נתונים וניתן למחוק אותם, אם כי רק בלוקים, אך ניתן לקרוא נתונים על בסיס תא בודד.

    כדי למחוק ולתכנת מחדש אזורים של השבב, נעשה שימוש במתכנתים ברמות הזמינות בציוד אלקטרוני. זה גם לא נדיף, וזה עושה את זה שימושי במיוחד. כתוצאה מכך נעשה שימוש נרחב בזיכרון פלאש ביישומים רבים כולל מקלות זיכרון USB, כרטיסי זיכרון פלאש קומפקטיים, כרטיסי זיכרון SD וכעת גם כוננים קשיחים במצב מוצק למחשבים ויישומים רבים אחרים.


  • F-RAM: זיכרון RAM פרו-אלקטרי הוא טכנולוגיית זיכרון עם גישה אקראית שיש לה קווי דמיון רבים לטכנולוגיית ה- DRAM הרגילה. ההבדל העיקרי הוא בכך שהיא משלבת שכבה ferroelectric במקום השכבה הדיאלקטרית הרגילה יותר וזה מספק את היכולת הלא נדיפה שלה. מכיוון שהוא מציע יכולת לא נדיפה, F-RAM הוא מתחרה ישיר לפלאש.

  • MRAM: זהו זיכרון RAM התנגדות למגנטו, או זיכרון RAM מגנטי. זוהי טכנולוגיית זיכרון RAM שאינה נדיפה המשתמשת במטענים מגנטיים כדי לאחסן נתונים במקום מטענים חשמליים.

    בניגוד לטכנולוגיות כולל DRAM, הדורשות זרימה מתמדת של חשמל בכדי לשמור על שלמות הנתונים, MRAM שומר על נתונים גם כאשר החשמל מוסר. יתרון נוסף הוא שהוא דורש הספק נמוך רק להפעלה אקטיבית. כתוצאה מכך טכנולוגיה זו עשויה להפוך לשחקן מרכזי בתעשיית האלקטרוניקה כעת לאחר שפותחו תהליכי ייצור המאפשרים לייצר אותה.


  • P-RAM / PCM: סוג זה של זיכרון מוליכים למחצה מכונה זיכרון גישה אקראית של שלב, זיכרון P-RAM או רק זיכרון שלב שינוי, PCM. הוא מבוסס סביב תופעה שבה צורה של שינויים בזכוכית קלקוגניד היא מצב או שלב בין מצב אמורפי (עמידות גבוהה) למצב פוליקרי-קריסטלי (עמידות נמוכה). אפשר לזהות את המצב של תא בודד ולכן להשתמש בו לאחסון נתונים. נכון לעכשיו סוג זיכרון זה לא עבר מסחר נרחב, אך הוא צפוי להיות מתחרה בזיכרון פלאש.
  • נשף: זה מייצג זיכרון לקריאה בלבד לתכנות. זהו זיכרון מוליך למחצה שיכול לכתוב עליו נתונים רק פעם אחת - הנתונים שנכתבים אליו הם קבועים. זיכרונות אלה נקנים בפורמט ריק והם מתוכנתים באמצעות מתכנת PROM מיוחד.

    בדרך כלל PROM יורכב ממערך של קישורים ניתנים להתאמה שחלקם "מפוצצים" במהלך תהליך התכנות כדי לספק את דפוס הנתונים הנדרש.

  • SDRAM: DRAM סינכרוני. צורה זו של זיכרון מוליכים למחצה יכולה לרוץ במהירות גבוהה יותר מאשר DRAM קונבנציונאלי. הוא מסונכרן לשעון המעבד ומסוגל לשמור על שתי קבוצות של כתובות זיכרון פתוחות בו זמנית. על ידי העברת נתונים לסירוגין ממערכת כתובות אחת ואז השנייה, SDRAM מצמצם את העיכובים הקשורים ל- RAM שאינו סינכרוני, אשר חייב לסגור בנק כתובות אחד לפני פתיחתו הבא.

    בתוך משפחת SDRAM ישנם מספר סוגים של טכנולוגיות זיכרון הנראות. אלה מכונים באותיות DDR - קצב נתונים כפול. DDR4 היא כיום הטכנולוגיה העדכנית ביותר, אך בקרוב אחריה DDR5 שתציע שיפורים משמעותיים בביצועים.


  • SRAM: זיכרון גישה אקראית סטטית. צורה זו של זיכרון מוליכים למחצה זוכה לשמה מכך שבניגוד ל- DRAM אין צורך לרענן את הנתונים באופן דינמי.

    התקני מוליכים למחצה אלה מסוגלים לתמוך בזמני קריאה וכתיבה מהירים יותר מ- DRAM (בדרך כלל 10 ns לעומת 60 ns עבור DRAM), ובנוסף זמן המחזור שלו קצר בהרבה מכיוון שהוא לא צריך להשהות בין הגישות. עם זאת הם צורכים יותר כוח, הם פחות צפופים ויקרים יותר מ- DRAM. כתוצאה מ- SRAM זה משתמשים בדרך כלל במטמונים, ואילו DRAM משמש כטכנולוגיית זיכרון המוליכים למחצה העיקרית.


טכנולוגיית הזיכרון של מוליכים למחצה מתפתחת בקצב מהיר כדי לענות על הצרכים ההולכים וגדלים של תעשיית האלקטרוניקה. לא רק שהטכנולוגיות הקיימות בעצמן מפותחות, אלא כמויות נכבדות של מחקר מושקעות בסוגים חדשים של טכנולוגיית זיכרון מוליכים למחצה.

מבחינת טכנולוגיות הזיכרון הנמצאות בשימוש כיום, גרסאות SDRAM כמו DDR4 מפותחות עוד כדי לספק DDR5 שיציעו שיפורי ביצועים משמעותיים. עם הזמן, DDR5 יפותח כדי לספק את הדור הבא של SDRAM.

צורות אחרות של זיכרון נראות ברחבי הבית בצורה של מקלות זיכרון USB, קומפקט פלאש, כרטיסי CF או כרטיסי זיכרון SD למצלמות ויישומים אחרים כמו גם כוננים קשיחים במצב מוצק למחשבים.

התקני המוליכים למחצה זמינים במגוון רחב של פורמטים כדי לענות על הרכבת ה- PCB השונה ועל צרכים אחרים.


צפו בסרטון: יסודות התקני מוליכים למחצה - הרצאה מספר 27: טרנזיסטור MOS (יוני 2021).