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La mémoire flash, comment ça fonctionne ?

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La flash NAND est une mémoire de stockage qui utilise des transistors comme support. Son fonctionnement est basé sur l’effet tunnel (plus précisément l’effet Fowler-Nordheim).

En simplifiant, les transistors utilisés dans la mémoire flash contiennent deux grilles, une de contrôle et une deuxième, appelée grille flottante, qui est en suspension dans un oxyde, le tout est placé sur un substrat qui contient deux électrodes.

Un transistor de mémoire flash (Wikipedia) (image Wikpedia)

Pour écrire une donnée, on doit faire passer un courant électrique (7 V) entre les deux électrodes (drain et source) et une tension plus élevée (aux environs de 12 V) dans la grille de contrôle. L’effet Fowler-Nordheim implique qu’une partie des électrons qui passent entre les électrodes va se déplacer vers la grille flottante, à travers l’oxyde. Une fois la grille saturée avec des électrons, elle devient isolante et est considérée comme un 0 binaire.

L’effacement d’une cellule s’effectue de la même façon, mais en faisant passer une tension négative dans la grille de contrôle. Les électrons se déplacent alors de la grille flottante vers le substrat. Une fois la grille flottante "vidée" de ses électrons, elle est considérée comme dans un 1 binaire.

Pour la lecture, c’est assez simple : il faut mesurer la résistance de la grille flottante, en faisant passer une tension faible (5 V) dans la grille de contrôle et dans une des électrodes. Si les électrons passent entre la grille de contrôle et l’électrode, la grille flottante n’est pas isolante, on a un 1 binaire. Si le courant ne passe pas, on a un 0 binaire. La lecture est donc plus rapide que l’écriture ou l’effacement, car on ne doit pas remplir ou vider la grille flottante avec des électrons.

Mémoire SLC et mémoire MLC

Notons qu’il existe deux types de NAND, la SLC (Single Layer Cell) qui stocke un seul bit dans la grille flottante, et la MLC (Multi Layer Cell), qui stocke plusieurs bits dans la même cellule. Techniquement, la MLC divise la grille flottante en deux parties, avec une différence de tension entre les deux parties. On peut donc doubler la capacité de stockage en gardant la même taille physique, ce qui est évidemment avantageux. La mémoire MLC a cependant des défauts : comme on doit travailler avec plusieurs tensions différentes, l’écriture et l’effacement des données sont bien plus lents qu’avec de la SLC (on a entre 25 et 50 % des performances de la SLC en écriture). La lecture reste rapide, mais pas autant qu’avec de la mémoire SLC (environ 80 % du débit d’une SLC équivalente).

MicroSDHC 4Go

Les SSD utilisent tous de la mémoire SLC, et seules les cartes mémoire de petite taille, comme les Micro SD, utilisent de la mémoire MLC, essentiellement pour des raisons de capacités (à taille égale, on double la capacité de la mémoire).

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Commentaires
turlupin en ptard 18/05/2007 09:14
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-2+

Clair et complet. J'aimerais avoir une paire de mains supplémentaires pour applaudir plus fort !

[:mavie] :bounce:

edit : pourquoi le nom de l'auteur n'est-il pas le même sur l'article et sur le forum ? :??:

re-edit : laisse béton, j'ai pigé. :sarcastic: [:patch] [:av68]

CinPoU 18/05/2007 09:42
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-1+

Je suis d'accord pour preter les miennes!!
Un article de référence en la matière.
Merci!

christophe_d13 18/05/2007 10:10
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-0+

2 choses :
- Les disques durs écrivent eux aussi par bloc, mais ils sont tout petit (512 octets)
- Dommage qu'il n'est pas été possible de faire un test en RAID5 par exemple avec 4 disques 32Go (total de 96Go). Mais en extrapolant, on peut précalculer un débit de 150Mo/s.

A noter : Un système RAID utilise également des blocs assez gros, en moyenne 32Ko, mais souvent poussés à 128Ko selon les usages.

Dandu 18/05/2007 10:30
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-0+

Pour le RAID, c'est assez compliqué à mettre en oeuvre (contrôleur RAID ATA, trouver des SSD, tout ça).

Mais en RAID0 avec de la flash, on double bien les perfs.

GoO 18/05/2007 11:20
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-0+

Tres bon article, néanmoins je "sature" sur une explication ^^

Djlauby a écrit :

L’effet Fowler-Nordheim implique qu’une partie des électrons qui passent entre les électrodes va se déplacer vers la grille flottante, à travers l’oxyde. Une fois la grille saturée avec des électrons, elle devient isolante et est considérée comme un 0 binaire.




Je ne comprend pas l'histoire de la grille saturée :pt1cable: , la grille n'est pas l'étage de commande dans un transistor ? si c'est bien le cas c'est entre le drain et la source que c'est saturé. de plus le terme saturé signifie que c'est équivalent à un fil, et non une resistance infinie ( comme un isolant ), je suis perdu :??: :??: :pt1cable:
Si quelqu'un peut m'eclairer svp :)

Edit : Voila a quoi je pensai : ( fonctionnement d'un transistor de type mos )

boub popsyteam 18/05/2007 12:35
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-0+

Le test est sponsorisé par Dell (au vu des configs ...) ??

Dandu 18/05/2007 12:43
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-1+

GoO : la grille flotante a une limite en électron "stocké". Donc si on a le maximum d'électron dans la grille, on ne peut plus en faire passer entre la grille de contrôle et la source, vu que la grille flottante est "pleine"

boubpopsyteam : non, pas spécialement, c'est juste que c'est les deux machines que j'avais pour le test et qui convenaient

David Civera 18/05/2007 14:03
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-1+

Bravo l'ami... très beau travail :jap:

GoO 19/05/2007 11:20
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-0+

ah oui d'accord, en faite on ne parlait pas de la meme chose, c'est pour ca que je n'avais pas compris :)

oui lorsque c'est saturé : entre la grille et la source c'est isolant, et entre le drain et la source c'est un fil ( enfin 0.2v pour les MOS )

d'ailleur heuresement que c'est isolant, car s'il y avait du courant qui passait, les transistors consommeraient bcp plus ^^

PS : vive PPC qui me fait reviser mon bac électronique :D ^^

Dandu 19/05/2007 12:48
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-0+

t'imagine pas le mal que j'ai eu à capter correctement comment ça marche plus ou moins.

surtout que j'ai pas fait de bac électro, juste quelques cours à la con.

David : Merci.

Caabale 01/06/2007 14:07
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-0+

nercis a écrit :

Tres bon article, néanmoins je "sature" sur une explication ^^



Je ne comprend pas l'histoire de la grille saturée :pt1cable: , la grille n'est pas l'étage de commande dans un transistor ? si c'est bien le cas c'est entre le drain et la source que c'est saturé. de plus le terme saturé signifie que c'est équivalent à un fil, et non une resistance infinie ( comme un isolant ), je suis perdu :??: :??: :pt1cable:
Si quelqu'un peut m'eclairer svp :)

Edit : Voila a quoi je pensai : ( fonctionnement d'un transistor de type mos )

http://img225.imageshack.us/img225/531/15869jo8.jpg




En fait, il y a deux grilles : une grille "de commande", celle qu'on connait, et une grille "flottante", situe juste en dessous, et qui n'est relie a rien, et qui va faire comme un condensateur avec la grille de commande. En etat "normal", tu n'as qu'un cote connecte, sur ce condensateur (cote grille de commande), donc la charge ne varie pas. En etat d'ecriture, les fortes tensions vont creer un effet tunnel du cote grille flottante, qui va charger ou decharger ce condensateur. A la lecture, la tension que tu applique sur la grille va etre modifiee par la tension au bornes du condensateur : decharge, on applique la tension telle quelle, le transistor est passant, chargee, la tension est trop faible, le transistor n'est pas passant.


2 remarques :
- MTBF = Mean Time Before Failure, pas between
- Le 8Go consomme 170mA contre 200mA pour le 32Go, les resultats sont donc moins bons pour le 8Go, en terme de mA/Go. Ce qui parait d'ailleurs assez logique.

Mictateur 01/06/2007 16:30
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-0+

a écrit :

- MTBF = Mean Time Before Failure, pas between



Ca doit être une erreur très courante, parce qu'en IUT, on m'a appris avec le 'between', ce qui a beaucoup moins de sens qu'avec le 'before'. :)

turlupin en ptard 01/06/2007 16:38
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-0+

a écrit :

- Le 8Go consomme 170mA contre 200mA pour le 32Go, les resultats sont donc moins bons pour le 8Go, en terme de mA/Go. Ce qui parait d'ailleurs assez logique.



Il y a toujours une électronique de commande dont la consommation ne doit pas beaucoup varier selon la capacité.

christophe_d13 04/06/2007 09:56
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-0+

a écrit :

Ca doit être une erreur très courante, parce qu'en IUT, on m'a appris avec le 'between', ce qui a beaucoup moins de sens qu'avec le 'before'. :)



ça a toujours été between et pas before. l'utilisation de before est un abus de language, mais c'est pour mieux comprendre le sens de MTBF.

Caabale 05/06/2007 19:49
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-0+

a écrit :

Il y a toujours une électronique de commande dont la consommation ne doit pas beaucoup varier selon la capacité.




Peut-être, mais ça n'empêche que si tu veux faire 32Go avec les disques 8Go, tu vas consommer 680mA au lieu de 200...

athon99 a écrit :

ça a toujours été between et pas before. l'utilisation de before est un abus de language, mais c'est pour mieux comprendre le sens de MTBF.




Ah ouais :??: C'est marrant, j'ai toujours entendu "before". Enfin, ça a pas non plus énormément d'importance...

zeb 04/04/2008 13:39
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-0+
Anonyme 27/05/2008 16:46
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-0+

super article, un point non evoqué lors de l article il me semble est la solidité de ce type de produit par rapport à un disque dur classique

en cas de chute ca casse bien moins facilement

Anonyme 27/05/2008 17:49
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-0+

BRAVO remarquable article !

tomazzi5959, tu trouveras page 6, c'est à dire dans la page consacrée à la mémoire Samsung, le paragraphe qui parle de résistance aux chocs et aussi du fonctionnement à des températures extrêmes :

Une petite particularité des SSD qui pourra intéresser certains (...) là où un disque dur se contente de 5° à 55°.

Bon, c'est certain que le paragraphe en question aurait pu être situé dans les pages généralistes (1 à 5) sur la mémoire flash.

Kingkeos 28/05/2008 18:33
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-0+

Il est à noter qu'un montage avec une compact flash bien choisie (8Go haut de gamme, 266x, transcend ou Adata) et un adaptateur pour le brancher en PATA (5?) est aussi performant que le ssd transcend.. c'est un tel matériel qui équipe mon pc depuis presque 1 an, et ça m'a couté moins de 100? à l'époque!

Izak44 04/06/2008 10:50
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-0+

Chapeau l'artiste.... Mais j'ai un problème j'arrive pas à trouver comment est organisé les blocs et la relation entre blocs de mémoire flash.

fredtonton225 07/06/2008 18:33
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-0+

pour Kingkeos ou tu as trouvé le matos et ou le brancher sur les ports de la carte mére merçi du tuyaux

Anonyme 11/08/2008 17:50
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-0+

Bravo pour l'article. C'est un concentré de savoir pour les intéréssés comme moi. De "nouvelles" techniques apportent un nouveau vocabulaire. Rien de tel pour aiguiser ma curiosité.
Merci.

Anonyme 10/10/2008 23:32
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-0+

merci pour ce super article!

Cependant j'aimerais savoir ou ça en ai aujourd'hui fin 2008, soit plus d'un an plus tard.

Ce que je recherche c'est un pc de 16 go de stockage pour une utilisation bureautique (type word et recherche internet) léger petit qui dure longtemps et avec lequel je puisse voyager longtemps.( ssi desolee il y a un bug d'ecriture je ne peux pas effacer mes fautes de frappes.

En espérant avoir des conseil sachant que le type d'ordi e-pc m'interessse beaucoup et marche essentiellement avec du SSD. Merci d'avance et bonne soirée en espert avoir une réponse sachant que je suis pas expert en electronique et informatique.

Anonyme 14/10/2008 11:58
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-0+

La SSD à 600 € de Samsung est très chère, mais le prix au Go de Transcend n'est pas moindre : 175 € pour 8 Go -> 700 € pour 4 x 8 Go.
La mise à jour des prix serait interressant : Mais pour cela une simple recherche sur le web suffit : Transcend SSD 32 Go à 149 €. Et les tailles augmente encore ...

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