Od vynálezu flash paměti již uběhlo 25 let. Tato paměť zažila obrovský rozmach především s mobilními zařízeními, jaký byl její vývoj a co nás čeká do budoucna?
Na začátku tohoto měsíce společnost Toshiba oficiálně slavila 25leté výročí vynálezu paměti NAND flash (1987), která jistě změnila počítačová zařízení a umožnila jejich přeměnu na současné generace přístrojů. Jen těžko si dokážeme představit, že bychom v mobilních zařízeních měli mít jakési rotující a hlučné paměti, i když i takové řešení bylo v počátku nutným zlem.
Co je to vlastně flash paměť, z čeho vznikla a jaká tuto technologii čeká budoucnost? Na to se pokusíme odpovědět v tomto článku.
Toshiba a bleskový zápis
Dr. Fujio Masuoka nastoupil v roce 1971 ve svých 28 letech do společnosti Toshiba a přibližně v roce 1980 se mu podařilo s kolegy vyvinout nový typ paměti, kterou nazval „flash“ (v překladu „blesk“, zvoleno bylo kvůli podobnosti s fotografickým bleskem). Masuoka získal pod taktovkou Toshiby patenty a směšnou odměnu ve stovkách dolarů. Tehdy se samozřejmě nevědělo, že se jedná o významný objev, který bude v budoucnu pokrývat rostoucí trh počítačových paměťových čipů.
Paměť NAND flash
Paměť flash je stálá paměť (non-volatile), po odpojení napájení se tak uchovají veškeré informace, které byly uloženy v soustavě tranzistorů. Flash vychází z paměti EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), která byla vyvinuta v roce 1978 a vycházela zase ze starší verze EPROM.
Paměť MLC NAND flash dokáže uložit do jedné buňky až tři bity
Každý tranzistor v soustavě je od sebe oddělen tenkou vrstvou oxidu, jednotlivé buňky jsou tvořeny kombinací tranzistorů FGMOS. Při každém průchodu elektrického proudu se tato vrstva mírně poškodí, což může vést k postupné nefunkčnosti celé buňky. Zatímco buňky SLC jsou schopné uchovat pouze jeden bit informace, nové MLC či TLC již dokáží uložit i několik bitů najednou, ale jejich poškození je rychlejší.
Již ve zmíněných devadesátých letech byly vyvinuty dva hlavní typy flash paměti – NOR a NAND. Verze NAND, kterou používají i současné čipy, se vyznačuje větší kapacitou na stejné ploše, stejně tak rychlejším zápisem.
Zaujetí Intelu
Společnost Intel flash paměť zaujala natolik, že začala vyrábět NOR typ přibližně čtyři roky po oficiálním představení, tedy v roce 1988. Již v roce 1989 ale představily společnosti Samsung a Toshiba vlastní řešení s typem NAND, který nabízel rychlejší zápis, vyšší kapacitu i nižší cenu než typ NOR. Typ NAND měl oproti verzi NOR také desetkrát větší výdrž buněk.
Terabit dat na špičce prstu (Zdroj: Intel)
Flash paměť se vyrábí stejně jako například procesorové nebo grafické čipy, skrze stovky různých procesů jsou tak vyráběny na křemíkový wafer, s čímž souvisí i vývoj ceny a kapacity. Moorův zákon v tomto případě platí stejně, s pokročilejší výrobní technologií se zkrátka vejde více tranzistorů na stejnou plochu a také více čipů na jeden wafer. Díky tomu mohla cena postupně klesat a kapacita poskočit na vyšší hodnoty.
Rozšíření po celém světě
Čipy NAND flash se začaly používat jako různé druhy paměti v elektronických zařízeních, v oblasti ukládání dat a přenosu však stále vedly systémy založené na magnetické nebo optické technologii, které byly vzhledem ke kapacitě výrazně levnější.
Celý sklad federálních záznamů uložených v letech 1950 až 1966 na děrné papírové štítky od IBM. Stejný objem dat lze uložit na 4GB flash disk a dát třeba na klíče. (Zdroj: Wikipedia)
Větší zvrat přišel v roce 2002, kdy byly uvedeny první flash disky založené na pamětech NAND flash. Ve své době nabízely vzhledem k rozměrům dobrou kapacitu, rychlé čtení a zápis, stejně tak podporu například hardwarového šifrování.
Jak se rozšiřovalo rozhraní USB, rozšiřovaly se i flash disky. Pokud jde o tehdejší ceny a kapacity, například 2GB flash disk se v roce 2004 prodával za 400 dolarů (přibližně 9 000 Kč s DPH), dnes se dá takový flash disk koupit za sto korun a jeho rychlost je samozřejmě výrazně vyšší.
Pokud přeskočíme paměťové karty různých formátů, dalším nejpoužívanější oblastí jsou SSD – Solid State Drive. Náhrada pevného disku s rotujícími plotnami začíná stále více zasahovat do notebooků, cena za SSD klesá úměrně s cenou samotných flash pamětí, tedy dle Moorova zákona.
Současnost a nejistá budoucnost
Současné flash čipy jsou vyráběny 19nm technologií, v rozměrech 170 mm2 dokáží uložit 128 Gb (16 GB) dat. Většina čipů používá levnější čipy MLC (Multi Level Cell), které dokážou uložit tři bity do jedné buňky.
Budou memristorové paměti znamenat konec flash technologie?
S memristorem coby možnou revoluční náhradou tranzistoru by se ale měly příští rok objevit první paměti, které budou založené právě na memristorech. Oproti flash paměti tvořené tranzistory by měly umožnit větší kapacitu na stejné ploše a díky tomu ještě nižší ceny za danou kapacitu.
Memristor rozhodně není nijak daleko, HP již v minulosti oznámilo, že vyrábí stovky waferů s memristorovými čipy, takže pokud vše půjde plánů (dle informací to jde mnohem lépe, než se předpokládalo), mohli bychom se s flash pamětmi postupně rozloučit.
A možná to je jedním z důvodů proč se například Intel začal v rámci IMFT zbavovat některých továren na výrobu flash paměti. Jaká bude v této oblasti budoucnost, se ale dozvíme již velmi brzy.
