Halbleiterspeicher

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Ein Halbleiterspeicher ist ein Datenspeicher, der aus einem Halbleiter besteht.

In und auf einem Halbleiterkristall werden mikroelektronische Speicherstrukturen realisiert, sodass ein Speicherchip (siehe auch Die) entsteht. Die Chips werden zu integrierten Schaltkreisen komplettiert oder auch unverkappt weiterverarbeitet.

Die Daten werden in Form von binären elektronischen Schaltzuständen in den integrierten Schaltungen gespeichert. Vorgänger waren die magnetisch arbeitenden Kernspeicher, die erst in den frühen 1970er Jahren von den Halbleiterspeichern abgelöst wurden. Neuere Entwicklungen streben an, das magnetische Speicherprinzip mikroelektronisch zu hochdichten, nicht flüchtigen Speichern zu kombinieren (MRAM).<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|Vorlage:FormatDate/Wartung/Error}}| |}}}}{{#if:Joe O’Hare, Ben Cooke und Sarin Deshpande, Sebastian Gerstl|Joe O’Hare, Ben Cooke und Sarin Deshpande, Sebastian Gerstl: }}{{#if:|{{#if:Neue MRAM-Speicherklasse verhält sich wie nicht-flüchtiges DRAM|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Neue MRAM-Speicherklasse verhält sich wie nicht-flüchtiges DRAM}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.elektronikpraxis.de/neue-mram-speicherklasse-verhaelt-sich-wie-nicht-fluechtiges-dram-a-643176/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Neue MRAM-Speicherklasse verhält sich wie nicht-flüchtiges DRAM}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.elektronikpraxis.de/neue-mram-speicherklasse-verhaelt-sich-wie-nicht-fluechtiges-dram-a-643176/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Neue MRAM-Speicherklasse verhält sich wie nicht-flüchtiges DRAM}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Elektronik Praxis2017-09-13{{#if: 2025-02-01 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}

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Speicherzelle

Datei:RAM n.jpg

Verschiedene Halbleiterspeicher

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.

Halbleiterspeichertypen

Stammbaum der Halbleiterspeicher
Tabellenspeicher Flüchtige Speicher (RAM) SRAM Asynchrones SRAM Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Synchrones SRAM Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} ZBT SRAM Datei:Symbol support vote.svg QDR-SRAM DRAM Asynchrones DRAM Standardisiert Datei:Symbol oppose vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Datei:Symbol oppose vote.svg BM-DRAM Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Nicht standardisiert Datei:Symbol oppose vote.svg WRAM Datei:Symbol oppose vote.svg VRAM Synchrones DRAM (SDRAM) Standardisiertes SDRAM Datei:Symbol support vote.svg SDR-SDRAM Datei:Symbol support vote.svg DDR-SDRAM Datei:Symbol support vote.svg QDR-SDRAM (DDR2-SDRAM) Datei:Symbol support vote.svg ODR-SDRAM (DDR3-SDRAM) Datei:Symbol support vote.svg GDDR-SDRAM Nicht standardisiertes SDRAM Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (CDRAM) Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (ESDRAM) Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (VC DRAM) Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (RLDRAM) DRAM mit niedriger Leistung Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Datei:Symbol support vote.svg COSMO-RAM Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (PSRAM) Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} Protokollbasierte DRAM Datei:Symbol oppose vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (SLDRAM) Datei:Symbol support vote.svg {{#invoke:Vorlage:lang\|flat}} (DRDRAM) Datei:Symbol support vote.svg XDR-DRAM Nichtflüchtige Speicher Ausgereiftes Material ROM Datei:Symbol oppose vote.svg MROM<templatestyles src="FN/styles.css" /> <{{#ifeq: \| 0 \| span \| sup}} class="fussnoten-marke" 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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-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

Datei:Symbol support vote.svg	in Produktion
Datei:Symbol oppose vote.svg	Produktion eingestellt
Datei:Symbol neutral vote.svg	in Entwicklung

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.):

Umsatzzahlen von Halbleiterspeicherbauelementen im Jahr 2005 (Quelle: Elektronik Scout 2006)
Speichertechnologie			Umsatz
Flüchtige Speicher (RAM)
Statisches RAM (SRAM)			2 Mrd. $
Dynamisches RAM (DRAM)			27 Mrd. $
Nichtflüchtige Speicher
Ausgereiftes Material	Nur-Lese-Speicher (ROM)		2 Mrd. $
	Flash	NAND	8 Mrd. $
	Flash	NOR	9 Mrd. $
Innovatives Material			0,01 Mrd. $
Gesamtumsatz			48 Mrd. $

Hersteller (Auswahl)

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

Siehe auch

Soft Error

Weblinks

Jürgen Plate: Einführung Datenverarbeitungssysteme – 7. Speicherwerk (Arbeitsspeicher). FH München.
Interaktive CMOS 6T SRAM CELL

Einzelnachweise

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