F-RAM

Allikas: Vikipeedia


F-RAM ehk Ferroelektriline RAM (ka FeRAM või FRAM) on säilmälu tüüp (non-volatile), mis on sarnane DRAMiga, kuid mittejuhtivate kihtide asemel kasutatakse kondensaatoriks ferroelektrilisi kihte. Mittehaihtuvate mälude hulka kuuluvad veel näiteks välkmälu ning EEPROM, millega võrreldes on hea F-RAM'i eeliseid välja tuua.

F-RAM võib olla ühendatud mäluna (embedded) kui ka täiesti iseseisev mälutüüp (standalone).

F-RAM on väljanägemiselt üsna EEPROM'i mälu sarnane

F-RAMi eelised on tema kiirus, väike elektrikulu ning ülisuur vastupidavus kirjutamise-lugemise kordadele. Ühtlasi on ta seejuures keskkonnasõbralik ning mitu korda radiatsioonikindlam kui muud mälutüübid.[1]

Positiivne on veel see, et F-RAM'i tehnoloogia tagab selle, et pole vaja kasutada patareisid või akusid mälu talletamiseks (see aspekt sarnane teiste mittehaihtuvate mäludega). Nõnda säästetakse ühest küljest loodust ja ühtlasi on ka trükkplaatidel sellevõra rohkem ruumi või saab selle arvelt teha plaadid väiksemad ja seega masinad kompaktsemad. Hoitakse kokku ka lõpp-produkti hinnalt.

F-RAM'i on võimalik kasutada kõikjal, kus on vaja kiire mittehaihtuva mälu olemasolu. Saab kasutada lihtsa andmete hoidjana, erinevate masinate või süsteemide seadete või staatuse talletamiseks. Vastavat infot on võimalik kasutada ka hiljem - näiteks tehaseseadmete taastamisel, seadme eelmise teadaoleva konfiguratsiooni taastamisel või muudes analüüsides. [2]

Ehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

F-RAM'i kiip sisaldab ferroelektrikku kihti, mis koosneb pliitsirkonaattitanaadist [Pb(Zr,Ti)O3], tuntud ka kui PZT. Zr ja Ti aatomid muudavad PZT ühendis elektrivälja esinemisel polaarsust - seetõttu tekib binaarne vahetus. Erinevalt teistest RAM-seadetest (SRAM, DRAM), säilitab F-RAM oma mälu, kui elektriväli kaob või seda häiritakse. See efekt toimib tänu PZT kristallide polaarsuse säilimisele. Just see teebki F-RAMi mittehaihtuvaks mäluks (mälus hoitavad andmed eksisteerivad olenemata elektrivälja esinemisest).[3]

Kirjutamine F-RAM mälust toimib järgmiselt: ferroelektrilisele kihile suunatakse elektriväli - laetakse plaadi mõlemat külge, mis sunnib aatomitel ühele või teisele poolele minema. Suund olenebki otseselt laengu polaarsusest. Nõnda kirjutatakse binaarne kood.

Lugemine toimib järgmiselt: transistoriga "mõõdetakse", kas mingis kohas on aatom vastaval poolel või mitte. Näiteks kui mingi biti väärtus on "0", siis ei juhtu seal midagi ning transistor käsitleb seda kui "0". Kui esineb "1", siis aatomite ümberorienteerimine kihil tekitab õrna vooluimpulsi, sest elektronid surutakse teisele küljele. Seda impulssi loetakse transistori poolt kui "1".[4]

Eelised teiste mälutüüpide ees[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voolutarve[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nagu juba mainitud, on F-RAM ehituselt DRAM'iga sarnane. Kontrastiks võikski välja tuua, mille peale DRAM'il voolu läheb: DRAMi puhul antakse laeng metallplaatidele, mis niiöelda hajub isoleeriva kihi ja kontrolliva transistori vahelt välja ning kaob. Et DRAM'ile lisada andmeid mikrosekundites pikema aja jooksul, peab iga mälupesa perioodiliselt lugema ja uuesti kirjutama - värskendama. See olukord nõuab pidevat voolu olemasolu.
F-RAMil aga on voolu vaja ainult siis, kui sisu reaalselt loetakse. Seepärast on voolutarve F-RAM'il 99% väiksem kui DRAM'il.

Kirjutamise ja lugemise jaoks on tarvis kõigest 1.5V, mis ei nõua isegi laengupumba olemasolu (charge pump),mida näiteks EEPROM ja Välkmälu (flash) kasutavad.

Võrreleldes välkmäluga on voolutarve F-RAM'i puhul 250 korda väiksem.
Antud tulemus saadi Järgmisel katsel: [5]
Katsetingimused:

  • CPU kiirus 8MHz
  • 12kB/s läbilase

Tulemused:

  • Välkmälu: 2200 μA
  • F-RAM 9μA

Kiirus[muuda | redigeeri lähteteksti]

F-RAM on äärmiselt kiire, võrreldes teiste mälutüüpidega. Tema maksimaalne läbilase on 1200kB/s, kui näiteks välkmälul on 12kB/s. Katse, kus testiti F-RAM'i ja välkmälu nende maksimaalsete väljalasete juures, saadi tulemuseks ka, et F-RAM tarbib sajakordselt suurema kiiruse juures kolm korda vähem voolu.

Katsetingimused

  • CPU taktsagedus 8MHz
  • Mõlemad mälutüübid kirjutasid 512B suurusi pakette

Tulemused:

  • F-RAM maksimaalse läbilaske juures (1400kB/s) - 730μA
  • Välkmälu maksimaalse läbilaske juures (12kB/s) - 2200μA

Teoreetiliselt täielik vastupidavus kirjutamise-lugemise tsüklitele.[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üks kõige suurem eelis teise mälutüüpide ees on F-RAM'i pikk eluiga. Ükski teine mälutüüp ei ole nii vastupidav lugemis-kirjutamis-tsüklitele. Teoreetiliselt võiks öelda, et F-RAM on kulumatu, kuid tegelikult siiski esineb mingi piir. Samas, kui näiteks välkmälu tüüpiline eluiga on umbes 100 000 lugemis-kirjutamis-tsüklit, siis F-RAM'i puhul on see number 1015 tsüklit. See tulemus saadi katsel, kus tehti järjestikkuseid lugemis-kirjutamistsükleid. Katsetingimused:

  • CPU kiirus 8MHz,
  • Mõlemad (F-RAM ja välkmälu) seatud 12kB/s väljalaske juurde (tüüpiline mälukasutus)[6]

Tulemused:

  • Välkmälu püsis 6,6 minutit ning seejärel hävis
  • F-RAM püsis 6,6x1010 sekundit ning hävis.

See näitab, et vastavate mälutüüpide vahe on 10 000 000 000 kordne.

Radiatsioonikindlus ja turvalisus[muuda | redigeeri lähteteksti]

F-RAM on robustsem ja seejuures täpsem kui teised mittehaihtuvad mälud (välkmälu ja EEPROMi tehnoloogiad). Kuna F-RAM on krsitallide põhine, mitte laadimispõhine, siis on ta väga veakindel ning oma kiirete tegevuste tõttu on ta esiteks väga radiatsioonikindel, mis avab näiteks võimaluse kasutada F-RAM'i näiteks satelliidi elektroonikas või elektroonikas, mida kasutatakse suure radiatsiooniga piirkondade seiresüsteemides või robotites. Kuna F-RAM'i lugemis- ja kirjutamiskiirus on äärmiselt kiired, siis ei ole vastavat informatsiooni ka nii kerge jälgida - see teeb F-RAM'i mälul põhinevad turvaelemendid (näiteks erinevates kiibiga kaartides - pangakaardid jms.) jälitamatuks ning seega väga turvaliseks.
F-RAM võimaldab kõrgekvaliteetseid toiminguid. [7]

Puudused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Tänasel päeval väiksemad salvestamismahud, kui muudel mälutüüpidel
  • F-RAM'i kasutamine on hetkel üsna kallis võrreldes alternatiivsete mälutüüpidega.

Kokkuvõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Võiks tuua välja veel ühe eksiarvamuse F-RAM'i puhul: kiputakse arvama, et ferroelektrilised kristallid on ferromagneetilised või neil on vähemalt samad omadused. Tegelikkus on see, et ferroelektrilised materjalid pole magnetväljade poolt mõjutatavad.

Olgugi, et ferromagneetilisel RAM'il on palju väga häid omadusi, mis justkui võiks tõrjuda alternatiivsed mälutüübid turult juba tänasel päeval välja, ei ole F-RAM veel nõnda laialdaselt kasutatud. Pigem on selle tehnoloogia kasutamine alles lapsekingades ja hetkel domineerivad veel vanemad mälutüübid. Ilmselt on selle põhjus vähene teadlikkus F-RAM'i eelistest või ka tema kõrgem hind.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välisviited[muuda | redigeeri lähteteksti]