Halbleiterspeicher

mini|Verschiedene Halbleiterspeicher und -module|328x328px

Ein Halbleiterspeicher () ist ein auf Grundlage von Halbleitertechnik realisierter Datenspeicher. Halbleiterspeicher werden mittels mikroelektronischer Verfahren als integrierte Schaltungen (ICs) gefertigt (umgangssprachlich auch Speicherchips genannt) oder sind als Teilfunktionalität in komplexeren ICs enthalten. Die digitalen Daten werden im Halbleiterspeicher in Form von binären Schaltzuständen gespeichert oder ausgelesen.

Speicherzellen-Technologie Beschreibung 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 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 2R×2C-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.

Typen Die bekanntesten Speichertechnologien sind im Folgenden aufgeführt, markiert mit den Merkmalen: 16px in Produktion befindlich (Stand etwa 2020er Jahre) 16px Produktion eingestellt bzw. durch andere Speichertechnologie abgelöst 16px in Forschung und EntwicklungDas Symbol gilt implizit für die Gruppe, es sei denn, ein Artikel ist explizit markiert.

Flüchtige Halbleiterspeicher (Volatile-Speicher)

16px Static RAM (SRAM) Asynchrones SRAM Low-Power SRAM (LP-SRAM) Synchrones SRAM Burst SRAM Pipelined Burst SRAM ZBT SRAM QDR-SRAM 16px Dynamic Random Access Memory (DRAM) 16px Asynchrones DRAM Standardisiert Fast Page Mode DRAM (FPM-DRAM) BM-DRAM Extended Data Output Random Access Memory (EDO-DRAM) Nicht standardisiert Video Random Access Memory (VRAM, WRAM) 16px Synchrones DRAM (SDRAM) Standardisiertes SDRAM 16px SDR-SDRAM 16px DDR-SDRAM (DDR1) 16px QDR-SDRAM (DDR2) ODR-SDRAM (DDR3) DDR4-SDRAM (DDR4) GDDR-SDRAM (GDDR1 bis GDDRx, Grafikspeicher) 16px 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 Pseudostatisches RAM (PSRAM) Cellular RAM Protokollbasierte DRAM 16px Synclink DRAM (SLDRAM) Direct Rambus DRAM (DRDRAM) XDR-DRAM

Nichtflüchtige Halbleiterspeicher (Nonvolatile-Speicher, NVM)

Read-Only Memory (ROM) Mask ROM 16px Programmable Read-Only Memory (PROM) 16px One Time Programmable (OTP) 16px Erasable Programmable ROM (EPROM) Ultra-violet erasable PROM (UV-EPROM) Electrically erasable PROM (EEPROM) Flash-Speicher 16px NAND-Flash Single Level Cell (SLC) Standard-NAND Assisted Gate AND (AG-AND) Multi-Level Cell (MLC) Standard-NAND Multibit Twin Flash (NROM) 16px NOR-Flash Single Level Cell (SLC) Standard-NOR Multi-Level Cell (MLC) Strata Flash Multibit Mirror Bit (NROM)

Weitere Halbleiterspeichertypen In Produktion (16px):

Ferroelectric Random Access Memory (FRAM, FeRAM)

Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) In Forschung und Entwicklung (16px): Chalcogenide RAM (C-RAM) Conductive Bridge RAM (CBRAM) Memristor Nanotube RAM (NRAM) Organic RAM (ORAM) Ovonic Unified Memory (OUM) Programmable Metallization Cell (PMC) Phase-change Random Access Memory (PCRAM) Racetrack-Speicher

Abkürzungen und Bedeutung + Bedeutung der wichtigsten Abkürzungen Abkürzung Bedeutung RAM Random Access Memory ROM Read-Only Memory SRAM Statischer RAM DRAM Dynamischer RAM PRAM Phase-change RAM MRAM Magnetoresistives RAM M… Masken-programmierbar 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

Markt

Literatur

Siehe auch Soft Error und Built-in self-test (BIST) Parallele Datenübertragung Serielle Datenübertragung

Einzelnachweise

Kategorie:Halbleiterbauelement