Speicherchip

Halbleiterspeicher ist ein Datenspeicher, der aus einem Halbleiter besteht, in dem mittels der Halbleitertechnologie integrierte Schaltkreise realisiert werden. Die Daten werden in Form von binären elektronischen Schaltzuständen in den integrierten Schaltungen gespeichert. Vorgänger waren Kernspeicher, die erst in den frühen 1970er Jahren von den Halbleiterspeichern abgelöst wurden.

Speicherzelle

Eine Speicherzelle ist die physikalische Realisierung der kleinsten Einheit eines Speichers von logischen Zuständen. Der Begriff bezeichnet je nach Kontext entweder die Realisierung der kleinstmöglichen Einheit, dem 1-Bit-Speicherelement, oder die Realisierung der kleinsten adressierbaren (das heißt bei einem Zugriff les- bzw. schreibbaren) Einheit, einem sogenannten Wort oder Datenwort, das aus n Bit besteht (n ≥ 1).

Personal Computer arbeiten heutzutage mit einer Wortlänge (auch „Wortbreite“ genannt) von 32 oder 64 Bit. Früher, zum Beispiel bei den ersten Taschenrechnern, waren Speicherzellen 4 Bit (ein Halbbyte bzw. Nibble) groß. Die ersten PCs dagegen hatten 8 Bit breite Speicherzellen. Für einfache Steuerungen (siehe: Mikrocontroller) werden auch heute noch 8 Bit verwendet.

Bei früheren Computern waren auch Wortbreiten von 6 oder 7 Bit gebräuchlich, da man mit 64 bzw. 128 speicherbaren Zeichen eine alphanumerische Bearbeitung durchführen konnte. Diese Speicher waren jedoch noch nicht als Halbleiterspeicher ausgeführt. Die Hollerith-Lochkarte hatte eine Wortbreite von 12 Bit.

Eingeteilt werden die Speicherzellen in flüchtige und nichtflüchtige Speicherzellen. In nichtflüchtigen Speicherzellen bleibt die Information auf Dauer erhalten, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Bei flüchtigen Speicherzellen geht die Information in solch einem Fall verloren.

Realisierung in Halbleitertechnologie

Das 1-Bit-Speicherelement ist mittels weniger Transistoren und Kondensatoren realisierbar. Bei analogen Speicherzellen ist das elementare Speicherbauteil der Kondensator, und bei digitalen Speicherzellen werden ein (1-T-DRAM) oder mehrere Transistoren benötigt wie z. B. bei statischem RAM oder bei rückgekoppelten Transistoren, den sogenannten Flipflops.

Wahlfreier Zugriff

Speicherzellen werden in einer 2^R×2^C-Matrix angeordnet. Über Wortleitungen und Bitleitungen werden die Speicherzellen adressiert und beschrieben bzw. ausgelesen. Hierzu sind ein Reihen- und ein Spaltendekodierer notwendig. Dadurch ist ein direkter Zugriff auf beliebige Speicherzellen (wahlfreier Zugriff) möglich. Daher wird diese Anordnung als Random Access Memory (RAM) bezeichnet.

Sequentieller Zugriff

Hier erfolgt die Adressierung über Befehle, ähnlich wie bei Festplatten. Die Bauformen CompactFlash (CF) und PCMCIA verwenden z. B. den bei Festplatten bewährten ATA/ATAPI-Befehlssatz.

Diese Adressierungsart benötigt weniger Kontaktierungsflächen auf dem Chip, dadurch ist ihre Herstellung preisgünstiger.

Siehe auch: Speicherkarte, sequentieller Zugriff

Halbleiterspeichertypen

Stammbaum der Halbleiterspeicher Tabellenspeicher Flüchtige Speicher (RAM) SRAM Asynchrones SRAM Low-Power SRAM Synchrones SRAM Burst SRAM Pipelined Burst SRAM ZBT SRAM QDR-SRAM DRAM Asynchrones DRAM Standardisiert FPM-DRAM BM-DRAM EDO-DRAM Nicht standardisiert WRAM VRAM Synchrones DRAM (SDRAM) Standardisiertes SDRAM SDR-SDRAM DDR-SDRAM QDR-SDRAM (DDR2-SDRAM) ODR-SDRAM (DDR3-SDRAM) GDDR-SDRAM Nicht standardisiertes SDRAM Embedded DRAM Customized DRAM Cache DRAM (CDRAM) Enhanced DRAM (ESDRAM) Virtual Channel DRAM (VC DRAM) Reduced Latency DRAM (RLDRAM) DRAM mit niedriger Leistung Mobile RAM COSMO-RAM Pseudo Static RAM (PSRAM) Cellular RAM Protokollbasierte DRAM Synclink DRAM (SLDRAM) Direct Rambus DRAM (DRDRAM) XDR DRAM Nichtflüchtige Speicher Ausgereiftes Material ROM MROM1) 2) PROM One-Time Programmable ROM (OTP) Erasable Programmable ROM (EPROM) Ultra-Violet Erasable PROM (UV-EPROM) Electrically Erasable PROM (EEPROM) Flash NAND Single Level Cell (SLC) Standard NAND Assisted Gate AND (AG-AND) Multi-Level Cell (MLC) Standard NAND Multibit Twin Flash (NROM) NOR Single Level Cell (SLC) Standard NOR Multi-Level Cell (MLC) Strata Flash Multibit Mirror Bit (NROM) Innovatives Material Ferro-electric RAM (FRAM, FeRAM) Magneto-resistive RAM (MRAM) Phase Change Memory (PCM) Phase Change RAM (PCRAM) Chalcogenide RAM (C-RAM) Ovonic Unified Memory (OUM) Programmable Metallization Cell (PMC) Organic RAM (ORAM) Conductive Bridge RAM (CBRAM) Nanotube RAM (NRAM) Racetrack memory (Racetrack-Speicher) 1) ein PLE entspricht einem MROM und umgekehrt 2) Microcontroller mit MROM werden immer noch (Stand Ende 2008) in großen Stückzahlen hergestellt.

Bedeutung der wichtigsten Abkürzungen RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory SRAM Statischer RAM DRAM Dynamischer RAM PRAM Phase-change RAM MRAM Magnetoresistives RAM M… Masken-programmiert P… Programmierbar EP… Lösch- und programmierbar EEP… Elektrisch lösch- und programmierbar SD Synchronous Dynamic (RAM) DDR Double Data Rate (RAM) QDR Quad Data Rate (RAM) ODR Octo Data Rate (RAM) GDDR Graphics DDR (RAM) RDRAM Rambus DRAM ZBT SRAM Zero Bus Turnaround SRAM in Produktion Produktion eingestellt in Entwicklung

Produktübersicht und Umsatzzahlen

Einen Überblick über die unterschiedlichen Speichertypen gibt die folgende Tabelle (die angegebenen Umsatzzahlen beziehen sich auf das Jahr 2005 und sind dem Elektronik Scout 2006 entnommen; SRAM steht nicht für in Prozessoren enthaltene SRAMs.):

Halbleiterspeicher (im Jahr 2005: 48 Mrd. $)
Flüchtige Speicher (RAM) (29 Mrd. $)						Nichtflüchtige Speicher (19 Mrd. $)
Statisches RAM (SRAM) (2 Mrd. $)		Dynamisches RAM (DRAM) (27 Mrd. $)				Ausgereiftes Material (19 Mrd. $)			Innovatives Material (0,01 Mrd. $)
Asynchrones SRAM	Synchrones SRAM	Asynchrones DRAM		Synchrones DRAM (SDRAM)		Nur Lese Speicher (ROM) (2 Mrd. $)	Flash (17 Mrd. $)
		Standardisiertes DRAM	Nicht standardisiertes DRAM	Standardisiertes SDRAM	Nicht standardisiertes SDRAM		NAND (8 Mrd. $)	NOR (9 Mrd. $)
Low-Power SRAM	Burst SRAM	DRAM	Window RAM (WRAM)	Single Data Rate SDRAM (SDR SDRAM)	Embedded DRAM	Mask ROM	Single Level Cell (SLC)	Single Level Cell (SLC)	Ferro-electric RAM (FRAM, FeRAM)
	Piplined Burst SRAM	Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM)	Video RAM (VRAM)	Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM)	Customized DRAM	Programmable ROM (PROM)	Standard NAND	Standard NOR	Magneto-resistive RAM (MRAM)
	Quad Data Rate SRAM (QDR SRAM)	Burst Mode DRAM (BM DRAM)		DDR2 SDRAM	Cache DRAM (CDRAM)	One-Time Programmable ROM (OTP)	Assisted Gate AND (AG-AND)		Phase Change Memory (PCM)
		Extended Data Out DRAM (EDO DRAM)		DDR3 SDRAM	Enhanced DRAM (ESDRAM)	Erasable Programmable ROM (UV-EPROM)	Multi-Level Cell (MLC)	Multi-Level Cell (MLC)	Phase Change RAM (PCRAM)
				Synchronous Graphics RAM (SGRAM)	Virtual Channel DRAM (VC DRAM)	Electrically Erasable PROM (EEPROM)	Standard NAND	Strata Flash	Chalcogenide RAM (C-RAM)
					Reduced Latency DRAM (RLDRAM)		Multibit	Multibit	Ovonic Unified Memory (OUM)
					DRAM mit niedriger Leistung		Twin Flash (NROM)	Mirror Bit (NROM)	Programmable Metallization Cell (PMC)
					Mobile RAM, COSMO-RAM				Organic RAM (ORAM)
					Pseudo Static RAM (PSRAM), Cellular RAM				Conductive Bridge RAM (CBRAM)
Überschrift					Protokollbasierte DRAM				Nanotube RAM (NRAM)
in Produktion					Synclink DRAM (SLDRAM)
noch nicht in Produktion					Direct Rambus DRAM (DRDRAM)
nicht mehr in Produktion					XDR DRAM

Hersteller von RAM-Chips und -Modulen

• Corsair
• Crucial
• Cypress Semiconductor
• Elpida (Joint-Venture von NEC und Hitachi)
• Hewlett-Packard
• Hitachi
• Hynix (früher Hyundai Electronics)
• IBM
• Infineon
• Kingston Technology
• Micron Technology
• Mitsubishi
• NXP Semiconductors (früher Philips)
• OCZ Technology
• Qimonda
• Samsung Electronics
• Toshiba

Weblinks

• [1] Prof. Jürgen Plate, FH München: Einführung Datenverarbeitungssysteme – 7. Speicherwerk (Arbeitsspeicher).
• Interaktive CMOS 6T SRAM CELL