Halbleiterspeichern

Halbleiterspeicher sind Speicherbausteine, die auf Halbleitertechnologie basieren und zur Speicherung von binären Informationen in digitalen Systemen dienen. Sie unterscheiden sich durch Speicherdauer, Zugriffsgeschwindigkeit, Energieverbrauch und Lebensdauer und bilden eine zentrale Schicht der Speicherhierarchie von Computersystemen.

Sie werden grob in flüchtige und nichtflüchtige Speicher unterteilt. Flüchtiger Speicher behält Daten nur bei Stromversorgung; nichtflüchtiger Speicher speichert Daten dauerhaft.

Flüchtiger Speicher umfasst vor allem DRAM (Dynamic RAM) und SRAM (Static RAM). DRAM speichert Ladung in Kondensatoren und erfordert regelmäßiges Refresh, was Energieverbrauch und Latenz beeinflusst. SRAM nutzt Flip-Flops und ist schneller, dichter, aber größer und teurer pro Bit, daher meist als Cache verwendet.

Nichtflüchtiger Speicher umfasst Flash-Speicher (NOR- und NAND-Architektur), EEPROM und fortgeschrittene Technologien wie MRAM (magnetischer RAM), ReRAM (ressistiver RAM) und Phase-Change Memory. Flash wird häufig in SSDs, USB-Sticks und eingebetteten Systemen eingesetzt; NAND bietet hohe Dichte, NOR direkten Codezugriff. Neue Technologien adressieren Endurance, Latenz und Skalierbarkeit, oft in 3D-Architekturen wie 3D-NAND.

Technische Eigenschaften umfassen Kapazität, Zugriffsgeschwindigkeit, Endurance, Schreibe-/Lesezyklen und Kosten pro Bit. Die Herstellung erfolgt als integrierte Schaltung auf Siliziumbasis; fortschrittliche Verfahren nutzen Mehrlagigkeit und unterschiedliche Materialsysteme, um Dichte und Leistung zu steigern.

In der Praxis treiben Halbleiterspeicher die Speicherhierarchie voran: SRAM dient als schneller Cache, DRAM als Hauptspeicher, Flash-basierte Speichermedien als nichtflüchtiger Langzeitspeicher. Zukünftige Entwicklungen fokussieren Hybridsysteme und neue Speichertechnologien wie compute-in-memory.