Halbleiterspeicher

Datei:RAM n.jpg

Verschiedene Halbleiterspeicher und -module

Ein Halbleiterspeicher () ist ein auf Grundlage von Halbleitertechnik realisierter Datenspeicher.<ref></ref><ref></ref><ref></ref> 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 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.

Typen

Die bekanntesten Speichertechnologien sind im Folgenden aufgeführt, markiert mit den Merkmalen:

Datei:Symbol support vote.svg	in Produktion befindlich (Stand etwa 2020er Jahre)
Datei:Symbol oppose vote.svg	Produktion eingestellt bzw. durch andere Speichertechnologie abgelöst
Datei:Symbol neutral vote.svg	in Forschung und Entwicklung<ref></ref>
Das Symbol gilt implizit für die Gruppe, es sei denn, ein Artikel ist explizit markiert.

Flüchtige Halbleiterspeicher (Volatile-Speicher)

• Datei:Symbol support vote.svg Static RAM (SRAM)
  • Asynchrones SRAM
    • Low-Power SRAM (LP-SRAM)
  • Synchrones SRAM
    • Burst SRAM
      • Pipelined Burst SRAM
    • ZBT SRAM
    • QDR-SRAM
• Datei:Symbol support vote.svg Dynamic Random Access Memory (DRAM)
  • Datei:Symbol oppose vote.svg 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)
  • Datei:Symbol support vote.svg Synchrones DRAM (SDRAM)
    • Standardisiertes SDRAM
      • Datei:Symbol oppose vote.svg SDR-SDRAM
      • Datei:Symbol oppose vote.svg DDR-SDRAM (DDR1)
      • Datei:Symbol oppose vote.svg QDR-SDRAM (DDR2)
      • ODR-SDRAM (DDR3)
      • DDR4-SDRAM (DDR4)
      • GDDR-SDRAM (GDDR1 bis GDDRx, Grafikspeicher)
    • Datei:Symbol support vote.svg 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
        • Datei:Symbol oppose vote.svg Synclink DRAM (SLDRAM)
        • Direct Rambus DRAM (DRDRAM)
        • XDR-DRAM

Nichtflüchtige Halbleiterspeicher (Nonvolatile-Speicher, NVM)

• Read-Only Memory (ROM)
  • Mask ROM <sup class="fussnoten-marke" data-annotationpair-m=""> <sup class="fussnoten-marke" data-annotationpair-m="">
  • Datei:Symbol oppose vote.svg Programmable Read-Only Memory (PROM)
    • Datei:Symbol support vote.svg One Time Programmable (OTP)
    • Datei:Symbol support vote.svg Erasable Programmable ROM (EPROM)
      • Ultra-violet erasable PROM (UV-EPROM)
      • Electrically erasable PROM (EEPROM)
• Flash-Speicher<ref></ref>
  • Datei:Symbol support vote.svg NAND-Flash
    • Single Level Cell (SLC)
      • Standard-NAND
      • Assisted Gate AND (AG-AND)
    • Multi-Level Cell (MLC)
      • Standard-NAND
    • Multibit
      • Twin Flash (NROM)
  • Datei:Symbol support vote.svg NOR-Flash
    • Single Level Cell (SLC)
      • Standard-NOR
    • Multi-Level Cell (MLC)
      • Strata Flash
    • Multibit
      • Mirror Bit (NROM)

---

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Ein PLE entspricht einem MROM und umgekehrt

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Mikrocontroller mit MROM werden immer noch (Stand Ende 2008) in großen Stückzahlen hergestellt.

Weitere Halbleiterspeichertypen

In Produktion (Datei:Symbol support vote.svg):

• Ferroelectric Random Access Memory (FRAM, FeRAM)

• Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM)

In Forschung und Entwicklung (Datei:Symbol neutral vote.svg):

• 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

→ Hauptartikel: Halbleiterhersteller

Siehe auch

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

Einzelnachweise

<references />