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Mémoire flash

Introduction

La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs ré-inscriptible, c'est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d'une mise hors tension (La tension est une force d'extension.). Ainsi, la mémoire flash stocke les bits de données dans des cellules de mémoire, mais les données sont conservées en mémoire lorsque l'alimentation électrique est coupée.

Sa vitesse (On distingue :) élevée, sa durée de vie (La vie est le nom donné :) et sa faible consommation (qui est même nulle au repos) la rendent très utile pour de nombreuses applications : appareils photo numériques, téléphones cellulaires, imprimantes, assistants personnels (PDA), ordinateurs portables ou dispositifs de lecture et d'enregistrement sonore (L'enregistrement sonore est l'opération qui consiste à garder la trace d'un son de façon durable sur un support analogique comme la bande magnétique ou le disque vinyle, ou sur un support numérique comme le...) comme les baladeurs numériques, clés USB. De plus, ce type de mémoire ne possède pas d'éléments mécaniques, ce qui lui confère une grande résistance aux chocs.

Une clé USB. La puce de gauche est la mémoire flash, celle de droite le microcontrôleur.
Un lecteur USB de cartes mémoires utilisées par exemple dans les appareils photo numériques.

Technologie

La mémoire flash est un type d'EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est donc plus rapide lorsque le système doit écrire à plusieurs endroits en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

La mémoire flash utilise comme cellule de base un transistor MOS possédant une grille flottante enfouie au milieu de l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de grille, entre le canal et la grille. L'information est stockée grâce au piégeage d'électrons dans cette grille flottante. Deux mécanismes sont utilisés pour faire traverser l'oxyde aux électrons :

  • l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'électrons chauds ;
  • l'effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique classique. Généralement, la fonction...) obtenu en appliquant une haute tension sur la « vraie » grille (appelée grille de contrôle).

La technique flash se décline sous deux principales formes : flash NOR et NAND, d'après le type de porte logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement) est dans une...) utilisée pour chaque cellule de stockage.

L'écriture et l'effacement des données dans une mémoire Flash (on parle de programmation) s'effectuent par l'application de différentes tensions aux points d'entrée de la cellule. Ces opérations soumettent la grille flottante à rude épreuve ; on estime qu'une mémoire Flash peut supporter jusqu'à 100 000 écritures et effacements, selon la qualité de l'oxyde utilisé pour la grille.

Il existe des systèmes de fichiers spécialement conçus pour la mémoire flash : JFFS, JFFS2, YAFFS, UBIFS. Ils permettent, entre autres, d'éviter la réécriture répétée sur une même zone, ceci afin de prolonger la durée de vie de la mémoire flash.

Dans les applications exigeantes (cas des Solid State Drive ou SSD) le matériel intègre directement un contrôleur implémentant des algorithmes de wear levelling chargés de répartir les écritures de manière uniforme sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de la mémoire flash. Ces techniques permettent d'améliorer significativement la durée de vie de ces supports, et ceci est d'autant plus vrai que la capacité des puces devient grande (l'usure est alors en effet mieux répartie).

NOR

La flash NOR, inventée par Fujio Masuoka, un employé de Toshiba, fut la première à être développée commercialement par Intel en 1988. Les temps d'effacement et d'écriture sont longs mais elle possède une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) d'adressage permettant un accès aléatoire et rapide à n'importe quelle position. Le stockage des données est 100 % garanti par le fabricant.

Elle est adaptée à l'enregistrement de données informatiques destinées à être exécutées directement à partir de cette mémoire. Cette caractéristique est appelée XIP (Axway Integration Platform, ou XIP est le successeur de règle du jeu. C'est un progiciel de comptabilité.) (eXecute In Place). De fait, la quasi totalité des OS des appareils électroniques grand public sont stockés dans une mémoire NOR, que ce soit dans les téléphones portables (principal marché des Flash NOR), les décodeurs télés, les cartes mères ou leurs périphériques (imprimantes, appareils photos, etc.).

Du fait de son coût, bien plus élevé que celui de la NAND et de sa densité limitée, elle n'est en général pas utilisée pour le stockage de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...).

NAND

La flash NAND suivit en 1989, commercialisée par Toshiba. Elle est plus rapide à l'effacement et à l'écriture, offre une plus grande densité et un coût moins important par bit. Toutefois son interface d'entrée / sortie n'autorise que l'accès séquentiel aux données.

Le fabricant en général ne garantit pas le stockage des données à 100 % mais un taux d'erreurs inférieur à une limite donnée. Cette fiabilité limitée nécessite la mise en place d'un système de gestion des erreurs (ECC - Error Code Correction, Bad blocks management, etc.) au niveau de l'application — comme cela est le cas, par exemple, pour les disques durs. Cela tend à limiter — au niveau système — sa vitesse effective de lecture et à compliquer le boot (En informatique, le mot boot (apocope du mot anglais bootstrap, nom qui désigne la languette des chaussures pour pouvoir les enfiler plus facilement, voir la partie Historique de l'article pour plus de précisions) désigne...) direct à partir d'une mémoire NAND. De ce fait elle est moins bien adaptée que la NOR pour des applications de type XIP. Elle est donc utilisée pour le stockage d'informations. Quasiment toutes les mémoires de masse externes Carte MMC, Carte SD (Une carte SD (SD étant le sigle de l'anglais Secure Digital) est une carte mémoire amovible de stockage de données numériques créée en janvier 2000 par une alliance formée...) et Carte MS utilisent cette technologie.

Samsung débute la production fin 2009 d’une puce gravée en 30 nm de 4 Go de mémoire flash NAND ayant la particularité d’avoir une interface de type DDR (double data rate). Bien que ces dernières aient encore des problèmes de performances qui font qu’elles ne sont pas utilisées sur les SSD, ces puces offriraient un débit 3 fois supérieur à celles basées sur une interface SDR (single data rate).

Des constructeurs comme Toshiba, IM Flash Technologies (Micron / Intel) et Samsung utilisent des mémoires Flash NAND MLC (multi level cell) stockant 3 bits par cellule (MLC 3PBC).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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