Warum ist Flash-Speicher so billig?

[SavageX]

Hallöchen,

es gibt da etwas, was ich leider bis jetzt noch nicht verstanden haben: Warum das (gefühlt anspruchsvollere) Flash-Zeugs billiger (bei gegebener Kapazität) zu haben ist als das ordinäre DRAM? (Grob Faktor 3 bis 4, wenn ich mir ganz unwissenschaftlich mal einen USB-Stick (NAND Flash) und einen DDR-RAM Riegel angucke)

Hier ist mein "Wissensstand" soweit:

Pro Bit braucht DRAM einen Transistor und eine Kondensator. Bei Flash braucht man "nur" einen Transistor - aber hier einen Floating Gate Transistor, der eigentlich nicht kleiner zu machen sein dürfte als eine DRAM-Zelle (hat hier jemand vergleichbare Zahlen - also bei ähnlichem Prozess?).

Angenommen, beide Speicherarten haben pro Zelle einen ähnlichen Platzbedarf auf dem Silizium, dann wären sie auch ähnlich teuer in der Herstellung.

Wie kann man die Kosten senken?

1. Man packt mehrere Bits in eine Flash-Zelle. Derzeit gängig ist es wohl, zwei Bits über mehrere Ladungszustände auf dem Floating Gate zu speichern. Damit könnte man die kosten gut halbieren, wenn sich die Ausleseschaltungen nicht übermässig komplizieren. Ganz frisch sind 4 bits pro Zelle - aber die sind wohl noch unüblich (denke ich).

2. Viel geringeres Pinout. Flash ist sowieso nicht der Turbo, also braucht man auch keine breiten Busse und keine grossartigen Speicherorganistationstricks (mit Chip-internem prefetch und vielen Buffern und weiss der Geier was). NAND Flash wird sowieso sequentiell gelesen und beschrieben.

3. Weniger Drumherum als bei DRAM. Man kann sich z.B. die refresh-Schaltung sparen, um nur ein Beispiel zu nennen.

Trotzdem glaube ich, irgendwas wichtiges nicht bedacht zu haben.

Wenn ich mir so einen normalen USB-Stick angucke, dann sieht das für mich wie folgt aus: Ein USB-Inteface und ein (oder zwei) Flash-Chips. Das sind bedeutend weniger Chips als auf einem DRAM Riegel der gleichen Kapazität. Warum? Braucht Flash dann doch bedeutend weniger Fläche? Braucht man bei DRAM tatsächlich so viele Chips, um auf die Busbreite zu kommen (aber das pinout kann nicht so das Problem sein - schliesslich passen ja auch dual-channel Speicherkontroller mitsamt pinouts locker in einen einzigen Chip). Wenn man also gigabyteweise DRAM auf einen fingernagelgrossen Chip bekommt - wozu das auf viele viele Chips verteilen? Man kann doch die interne Speicherorganisation (Zeilen, Spalten, Bänke, etc. etc.) auch auf einem Chip integrieren (anstatt das "von aussen" zu verschalten).

Weiss hier jemand was dazu und kann einem DAU nachhelfen?

[Fatality]

1. Angebot und Nachfrage
2. billige Produktion

[SavageX]

1. Angebot und Nachfrage


Ich glaube nicht, dass Flash ein Ladenhüter ist. Zwischenzeitlich war das Zeug dank Apple (iPod mini oder nano, weiss nicht mehr) sogar ziemlich knapp.


2. billige Produktion

Ja, aber das würde bedeuten, dass Flash grob gesehen weniger Chip-Fläche einnehmen muss als DRAM (das ist Teil meiner Frage... ist dem wirklich so?). Die Fabs für Flash dürften nicht billiger zu betreiben sein als vergleichbare DRAM Fabs.

[urpils]

Wenn ich mir so einen normalen USB-Stick angucke, dann sieht das für mich wie folgt aus: Ein USB-Inteface und ein (oder zwei) Flash-Chips. Das sind bedeutend weniger Chips als auf einem DRAM Riegel der gleichen Kapazität. Warum? Braucht Flash dann doch bedeutend weniger Fläche? Braucht man bei DRAM tatsächlich so viele Chips, um auf die Busbreite zu kommen (aber das pinout kann nicht so das Problem sein - schliesslich passen ja auch dual-channel Speicherkontroller mitsamt pinouts locker in einen einzigen Chip). Wenn man also gigabyteweise DRAM auf einen fingernagelgrossen Chip bekommt - wozu das auf viele viele Chips verteilen? Man kann doch die interne Speicherorganisation (Zeilen, Spalten, Bänke, etc. etc.) auch auf einem Chip integrieren (anstatt das "von aussen" zu verschalten).

Weiss hier jemand was dazu und kann einem DAU nachhelfen?

soweit ich weiß (bin nun wirklich kein Fachmann), gibt es sehr strikte Vorschriften, wie RAM aufgebaut sein muss, welche Eingänge er besitzen und über welche interne Organisation er verfügen muss, damit eine möglichst große Kompatibilität gewährleistet ist.
Und diese "Altlasten" sind der Grund für den Aufbau von Ram.
Man kann wohl auch mehrere kleine Chips effizienter ansprechen, als einen großen Chip.

[anorakker]

ein ganz eintscheidender grund ist wohl der immense geschwindigkeitsunterschied der beiden speicherarten - flash speicher könnte man niemals mit den heute üblichen geschwindigkeiten ansprechen - afaik ist das auslesen natürlich kein problem, das beschreiben ist aber schwierig, weil hohe geschwindigkeiten auch hohe ströme bedeuten - die sind aber durch den tunnelprozess begrenzt und die tunnelschicht kann man nicht beliebig klein machen, sonst würden die feldstärken zu gross werden und man würde sich die speicherzellen zu schnell schrotten ( welcher prozess nun tatsächlich für die extrem niedrige maximale schreiboperation-anzahl - einige 100k - verantwortlich ist, würde mich aber auch mal interessieren)

dram ist in der produktion aber auch wesentlich aufwendiger, das problem ist nicht der transistor, sondern vielmehr die kapazität.

wenn man sich mal das extreme aspectratio aktueller dram-zellen anguckt (infineon 2004)
http://www.innovations-report.de/bilder_neu/37770_infineo_chip.jpg
kann man sich vorstellen, dass das nicht so trivial zu handlen ist, wie eine relativ simple flash zelle

[anorakker]

ein ganz eintscheidender grund ist wohl der immense geschwindigkeitsunterschied der beiden speicherarten - flash speicher könnte man niemals mit den heute üblichen geschwindigkeiten ansprechen - afaik ist das auslesen natürlich kein problem, das beschreiben ist aber schwierig, weil hohe geschwindigkeiten auch hohe ströme bedeuten - die sind aber durch den tunnelprozess begrenzt und die tunnelschicht kann man nicht beliebig klein machen, sonst würden die feldstärken zu gross werden und man würde sich die speicherzellen zu schnell schrotten ( welcher prozess nun tatsächlich für die extrem niedrige maximale schreiboperation-anzahl - einige 100k - verantwortlich ist, würde mich aber auch mal interessieren)

dram ist in der produktion aber auch wesentlich aufwendiger, das problem ist nicht der transistor, sondern vielmehr die kapazität.

wenn man sich mal das extreme aspectratio aktueller dram-zellen anguckt
http://www.innovations-report.de/bilder_neu/37770_infineo_chip.jpg
kann man sich vorstellen, dass das nicht so trivial zu handlen wie eine relativ simple flash zelle


edit : ich frage mich gerade, ob ich komplett auf dem holzweg bin, bzw. ob überhaupt noch trenchzellen eingesetzt werden ? oder nimmt man tatsächlich nur die gatekapazität eines planaren fets?

[SavageX]

Soweit ich weiss setzte nur Infineon solche Zellen ein - was aber woanders noch eingesetzt wird, weiss ich nicht.

Weiss jemand, ob Speicherchips (wie normale ICs) über mehrere Schichten auf dem Die gehen (also quasi "dreidimensional" sind)? Wenn nicht, dann dürfte die "höhe" der Zelle sowieso egal sein - und Infineons DRAM (hoch, aber auf kleiner Grundfläche) müsste sich sehr sehr gut packen lassen --> billig

[pancho]

Transistor != Transistor
Flash und DRAM haben schon gewaltig unterschiedliche Anforderungen. Alleine der Geschwindigkeitsunterschied, Flashspeicher kommen ja nichtmal ohne weiteres in den zweistelligen MHz Bereich. Diese schnellen Flash EEPROMs kosten dann auch schon 2 - 4 Euro / Mib. Zumal Flash immer in den alten Produktionsanlagen gefertigt wird, sozusagen als Notlösung, damit man die nicht abreißen muss.

[Gast]

Ehrlich gesagt, halte ich diesen Vergleich für wenig sinnvoll.

Wo soll denn da der Zusammenhang bestehen?

Beides hat andere Einsatzgebiete. DRAM erreicht Transferraten, wovon Flashspeicherchips träumen können.

Wenn Du es aus dieser Sicht betrachtest, ist der DRAM sogar um einen Faktor im dreistelligen Bereich günstiger.

Schaut euch doch mal an, wo Flash momentan liegt. Bei um die 30 MB/s vielleicht, DDR2 Speichermodule dagegen schon bei locker flockigen 8528 MB/s und mehr.

Viel sinniger ist da schon der Vergleich als Speichermedium. Flash ist momentan weniger geeignet als Dynamisches Speichermedium, dafür ist der einfach noch zu langsam, wenn auch die Zugriffszeit nicht schlecht ist. Aber die Nachteile überwiegen: Teuer bei großen Mengen und keine hohe Zuverlässigkeit bei vielen Transfers machen dieses Medium eher ungeeignet für diesen Einsatzzweck. Zumindest noch. Erst dauert noch ein paar Jahre.

Viel sinniger ist da schon der Vergleich als Speichermedium.

Aber auch hier schneidet Flash nicht sehr gut ab. Momentan sind die einfach noch zu teuer. Wo man heute noch über 100-300 Euro für 8, 16, 32 GB (Micro Drives), bekommt man bereits Festplatten mit 320-400 GB Kapazität.

Dazu kommt, das bei Flashspeicher nicht sicher ist, das er lang genug hält.
Würdest Du für ein großes Medium hunderte von Euros zahlen, wenn du wüsstest, das es sich nach wenigen Monaten in Luft auflöst?

Großer Vorteil ist momentan vorallem der geringe Stromverbrauch, die Beständigkeit beim Transport. Somit ist er momentan hauptsächlich als Unterstützung für andere Medien gut zu gebrauchen.

Bevor diese Speicherchips nicht die Größe von mehreren hundert Gigabyte erreicht haben und erschwinglich sind, werden sie das auch bleiben. Das Hauptproblem der Beständigkeit wird man, so vermute ich mal, nur durch noch mehr Kapazität umgehen kann. So das beispielweise ein Flashspeicher extern mit 500 GB arbeitet, internet aber 1000 GB zur Verfügung hat, um auf das sterben von anderen Bereichen reagieren zu können.
Denn eine intelligente Schreibmethode gibt es schon - es werden nicht immer die selben Bereiche beschrieben, sondern abwechslend alle, damit die Zuverlässigkeit erhöht wird.

[HisN]

Öhm...

Flash-Speicher und DDR-Ram werden auf den gleichen Strassen produziert. Im Moment hat wohl Apple den halben Markt für seine ****-I-Pods aufgekauft, also stellen alle Hersteller ihre Produktionsstrassen auf Flash um, das Zeug wird in Massen hergestellt und daher billig, wir merken das daran das DDR-Ram gerade mal wieder unbezahlbar ist.

Sobald die Nachfrage nicht mehr da ist stellen bestimmt die Hersteller ihre Strassen wieder um und der Preis gleicht sich wieder an.

[pancho]

Flash-Speicher und DDR-Ram werden auf den gleichen Strassen produziert

Definitiv nicht. Speicher wird aufgrund der einfachen, da regelmäßigen, Struktur mit den neuesten (noch vor CPU und GPU) Fertigungsprozessen hergestellt. Flash wird mit den alten Produktionsanlagen hergestellt. Aktuell erhältlich ist u.A. ein 0,350 µm Flash von AMD.

[Bokill]

... Weiss jemand, ob Speicherchips (wie normale ICs) über mehrere Schichten auf dem Die gehen (also quasi "dreidimensional" sind)? ... Soweit ich gehört habe, sind Flashspeicher üblicherweise mit 4 Metalllayer ausgestattet.

Prozessoren haben heutzutage ca. 8-11 Metalllayerebenen. Je weniger Layerebenen, desto billiger. Zudem werden die Flashspeicher (wurde ja schon gesagt) mit Anlagen gefertigt, die schon längst durch andere Halbleiter bezahlt sind.

Mit Flash, kann man die Anlagenlaufzeiten deutlich verlängern.

MFG Bobo(2006)

[Pummelchen]

Da passt doch zum Thema das ich sowas hier in meinem PC habe:

http://img174.imageshack.us/img174/5378/flashpladdenzu7.png

4x 4GB CompactFlash jeweils in einem CF/SATA-Converter und das ganze hängt an einem 4-fach RAID-SATA Promise Controller.

Da ganze ist Teil ein Test-Projekts und läuft kurz gesagt so ab:

Windows wird beim booten komplett von den CompactFlash-Karten in dem RAM des Servers geladen und alle Schreibsachen werden ebenfalls im RAM gehalten. Sobald der Rechner herunterfährt oder neustartet werden alle Änderungen geschrieben. Man kann aber auch sofort ungepuffert schreiben lassen, wenn man will.
Windows selbst "lebt" also 100% im RAM und ist so schnell wie man es kaum glauben kann (oh, reimt sich) =)

Es gibt noch ein paar kleine Bugs bei den RAID Controllern, beim Windows Festplatten-Treiber und beim Spezial-RAM-Treiber aber es funzt grundsätzlich wunderbar.

Mit dem RAID-Controller hat man jetzt 2 Möglichkeiten. Entweder ich erhöhe die Anzahl der Schreibzyklen um das 4-fache um Ausfall-Sicherheit zu haben und die Karten schneller zu schrotten (RAID 1) oder mit RAID 0 verringere ich die Anzahl der Schreibzyklen um das 4-fache (pro Karte) mit RAID 0. Oder Mixed das ganze mit anderen RAID-Modi etc...

[SavageX]

Danke für die Vielzahl an Antworten.

Ja, Flash und DRAM sind im Anwendungsgebiet nicht vergleichbar.

Mir ging es eher um die technische Sicht. Wenn Flash in alten Fabs produziert wird (das stimmt, so gehört AMDs alte Fab 25 in Austin (Texas), aus der meine alten K6 CPUs kamen, nun zu Spansion (ehemals AMDs Flashsparte) und backt dort eben Flash) und DRAM mit neueren Fertigungsmethoden, dann wundert es mich nicht, dass die Anlagen für DRAM erst sehen müssen, wie sie ihr Geld wieder reinkommen.

Ansonsten verblüfft es mich dann aber umso mehr, dass Flash (anscheinend?) so wenig Silizium braucht (alte Fertigungstechniken sind halt gröber). Dann muss eine DRAM Zelle (bei gleicher Fertigungstechnik) ja geradezu riesig sein - und das, obwohl es ja angeblich billig ist (im Vergleich zu SRAM - was aber eigentlich auch "nur" zwei Transistoren pro Bit braucht).

Verblüffend.

[anorakker]

die grösse wird es dann entscheidend, wenn es zu frage des "yields" bzw. der ausbeute kommt. eine dram zelle muss alleine schon wegen der extrem hohen taktraten viel kleiner sein als beim flashram. die reine fläche sagt ja nichts über den preis aus (siehe solarzellen)

[pancho]

SRAM - was aber eigentlich auch "nur" zwei Transistoren pro Bit braucht

Wuz? Stand der Technik sind 6 Transistoren. Mit nur 2 Transistoren kann man nur ein RS-FF bauen und braucht noch dazu Widerstände. Die sind teuer, da groß. Das RS-FF hat heute in der Digitaltechnik eigentlich keine Bedeutung mehr. SRAM besteht aus D-FFs.

edit: Das kommt davon, wenn man Wikipedia blind vertraut...

[stickedy]

Aktuell erhältlich ist u.A. ein 0,350 µm Flash von AMD.
AMD bietet keinen Flash-Speicher mehr an! Das ist nun Spansion. Aber ansonsten hast du recht, Flash ist quasi ein Abfallprodukt. Die alte Fab25 von AMD in Austin (die nun Spansion gehört), seinerzeit für den K6, K6-2, K6-III und die ersten Athlons verantwortlich, produziert nun schon seit Jahren Flash-Speicher in max. 180 nm.

[SavageX]

edit: Das kommt davon, wenn man Wikipedia blind vertraut...

Wer vertraut hier blind auf Wikipedia? Die klassische SRAM Zelle hat nunmal nur zwei Transistoren (wird auch heute noch manchenorts so gelehrt - zumindest in den "die müssen das nicht ganz so genau wissen" Studiengängen). Aber gut zu wissen, dass das nicht mehr state-of-the-art ist (vermutlich dann wohl schon lange lange nicht mehr).

[Coda]

Hm, also ich wüsste nicht wie man mit 2 Transistoren nen Flipflop baut :|

[Bufi]

Mit dem RAID-Controller hat man jetzt 2 Möglichkeiten. Entweder ich erhöhe die Anzahl der Schreibzyklen um das 4-fache um Ausfall-Sicherheit zu haben und die Karten schneller zu schrotten (RAID 1) oder mit RAID 0 verringere ich die Anzahl der Schreibzyklen um das 4-fache (pro Karte) mit RAID 0. Oder Mixed das ganze mit anderen RAID-Modi etc...

Sorry für OT aber das ist ja mal interessant.

Was für ein "Spezial-RAM-Treiber" ist das denn? Irgendwo aus dem Netz gezogen, evtl. als sourcecode? Oder selbst geschrieben?
Mir kommt nämlich gerade ne Idee. Beim runterfahren wäre es ja auch möglich vor dem Schreiben den Block aus dem Flash zu lesen und mit dem RAM zu vergleichen. Wenn sich da nix geändert hat braucht man auch nicht zu schreiben. Das sollte die Lebensdauer schonmal beträchtlich erhöhen, denn die allermeisten Dateien werden wohl fast nie verändert.

Ich weiß jetzt nicht wieviel Logik so eine CF Karte hat in Bezug auf Schreibstrategie. Wenn die strohdum ist könnte man die Strategie ja auch noch in den Speichertreiber integrieren. Dann würde ich das Array sogar als JBOD betreiben, die Schreibstrategie wäre ja im Treiber drinne.

Edit:
Ich habe gerade nochmal über die verschiedenen RAID Modi nachgedacht.
- JBOD (nein, ist kein RAID) wäre wohl das langsamste. Aber die kleinste sinnvolle Blockgröße zum schreiben ist ein Block im Flash. (Wird ja immer blockweise beschrieben). Sollte die Lebensdauer maximieren (also 4 mal so hoch wie eine Karte)
- RAID 0 (Stripe) arbeitet am besten mit der 4 fachen Flash-Blockgröße. Lesen und schreiben 4 mal so schnell wie bei einer Karte. Lebensdauer identisch zu einer Karte.
- RAID 1 (Mirror) arbeitet ebenfalls am besten mit 2 facher Flash-Blockgröße. Gehen ja auch nur 2 Karten. Lesen doppelt und schreiben einfach schnell. Lebendauer aber auch identisch zu einer Karte.

Beim Raid 0 kann man jetzt noch die Blockgröße zwischen 1-4 facher Flash-Blockgröße variieren, kommt der Lebensdauer zugute.

[Pummelchen]

Geschrieben werden auch nur die Änderungen, die Datenmenge ist sehr gering wenn man nur "normal" mit dem PC arbeitet und nichts installiert.

Der Treibär ist noch NDA aber es gibt einen der das gleiche Konzept hat und auch läuft:

http://www.superspeed.com/servers/supervolume.php

Die Grafik ist etwas unglücklich gemacht, ersetzte einfach alle D: durch C:

[Bufi]

Der Treibär ist noch NDA aber es gibt einen der das gleiche Konzept hat und auch läuft:

http://www.superspeed.com/servers/supervolume.php

Die Grafik ist etwas unglücklich gemacht, ersetzte einfach alle D: durch C:

Hm, schade. Wird der dann auch in der Preisklasse landen oder evtl. doch etwas günstiger. Denn ich habe leider weder Windows 200x Server noch 349$ zum spielen übrig :frown:
Und die Adapter und Flash Karten brauchts ja auch noch.

Edit:
Gerade gesehen, gibt ja auch ne Demo. Aber trotzdem, 349$ nachdem der Mund wässrig ist ist mir zuviel. Leider, klingt namlich sehr interessant.

[Pummelchen]

Wann das fertig wird ist noch nicht klar. Es gibt einen Hardware-Bug mit 50% der Promise Controller und einen Software-Bug mit den Windows Harddisk-Treibern. Die Sache hängt noch in der Luft.