Flashtechnologie

Flashtechnologie ist eine Form des nicht-flüchtigen Speichers, der Daten in elektrisch gespeicherten Ladungen auf Floating-Gate-Transistoren speichert. Im Gegensatz zu flüchtigem RAM bleibt der Speicherinhalt auch ohne Strom erhalten. Flash-Speicher lässt sich typischerweise in Blöcken löschen und neu beschreiben. Die beiden dominierenden Architekturtypen sind NOR-Flash und NAND-Flash; NOR wird oft für direkt ausführbaren Code verwendet, NAND für massenhaft gespeicherte Daten in SSDs, USB-Sticks und Speicherkarten.

NOR-Flash ermöglicht einzelnen Byte- oder Wortzugriff, was schnelle Code-Lesezugriffe erlaubt. NAND-Flash fasst Daten in Seiten und Blöcken zusammen, ist dichter und kostengünstiger pro Bit, erfordert jedoch Controller-Logik für Lesen, Schreiben und Löschen. NAND eignet sich besser für Massenspeicher, während NOR traditionell als Code- bzw. Firmware-Speicher eingesetzt wird.

Technisch arbeiten Flashzellen mit Ladung im Floating-Gate oder im Charge-Trap. Programmieren und Löschen erfolgen durch hohe Spannungen; Erase erfolgt typischerweise blockweise. Die Endurance beträgt typischerweise einige Tausend bis Hunderttausend Zyklen; Wear Leveling verteilt die Schreibbelastung. ECC korrigiert Fehler, Garbage Collection organisiert freie Blöcke. In SSDs unterstützt TRIM die Leistungsfähigkeit, während Temperatur und Zeit die Retention beeinflussen.

3D-NAND bezeichnet das vertikale Stapeln von Speicherschichten, um höhere Dichten zu erzielen. Diese Architektur ist heute Standard in SSDs und ermöglicht größere Kapazitäten bei verbesserter Haltbarkeit. Fortschritte wie TLC (Triple-Level Cell) und QLC (Quad-Level Cell) erhöhen die Bits pro Zelle, gehen allerdings zulasten der Endurance.

Anwendungen und Bedeutung: Flash findet breite Verwendung in SSDs, USB-Sticks, Speicherkarten und eingebetteten Systemen. Vorteile sind Nicht-Volatilität, hohe Datendichte und geringer Stromverbrauch. Herausforderungen bleiben begrenzte Zellzyklen, Retention unter Temperaturschwankungen und die Abhängigkeit von Speichercontrollern sowie Fehlerkorrektur. Die Zukunft umfasst weitere vertikale Schichtungen, neue Zelltypen und Maßnahmen zur Kosten- und Leistungsoptimierung.