ראשי > כללי > איך אומרים אופס ביפנית*? על זיכרון הפלאש

איך אומרים אופס ביפנית*? על זיכרון הפלאש

יש לי חלום

כבר בשנות עבודתו הראשונות בחברת טושיבה היו לפוג'יו מאסואוקה (Fujio Masuoka), אז דוקטור צעיר להנדסת-חשמל, הצלחות מרשימות בפיתוח מעגלי זיכרון, והוא מצא את עצמו מתקדם בסולם הדרגות. בסוף שנות ה-70 הוא מונה לתפקיד מנהל זוטר במחלקה שעבדה על שיפור הטכנולוגיה המקובלת של רכיבי הזיכרון באותה תקופה. מאסואוקה המשיך להצטיין בעבודתו, אך בלילות הוא חלם על זיכרון מסוג אחר.

מאסואוקה רצה לבנות רכיב זיכרון אלקטרוני שהמידע עליו ישמר גם כאשר מפסיקים את אספקת החשמל, והיה לו רעיון טוב איך לעשות את זה. ללא רשות החברה הוא החל לעבוד עליו בלילות ובסופי שבוע עד שב-1984 הוא הציג אבטיפוס בכנס בארה"ב וכינה אותו: 'זיכרון פלאש'. הרעיון לא זכה לאמון המנהלים הבכירים בטושיבה שהעדיפו להמשיך ולהשקיע את עיקר המאמצים ברכיבי הזיכרון המוכרים.

אנשי אינטל, לעומת זאת, התלהבו עד כדי כך שהם שילחו 300 מהנדסים לפתח את הרעיון, וב-1988 שיחררו מוצר מוצלח לשוק. בעקבות היוזמה תשיג אינטל דומיננטיות מוחלטת בתחום לשנים רבות. כיום רכיבים אלה נמצאים כמעט בכל מקום (מחשבים, מצלמות, מכוניות, דיסק-און-קי ועוד) ומגלגלים המון כסף. אופס, כבר אמרנו?

כיצד עובד זיכרון הפלאש, מה יתרונותיו ומה עלה בגורלו של מאסואוקה?

דיסק-און-קי אל מול דיסקט פרהיסטורי (כולל איזכור ל-SanDisk בעלת הקשר הישראלי ). המקור: וויקיפדיה.

טרנזיסטור? למה זה טוב?

רכיבי הזיכרון עליהם עבד מאסואוקה לפני ובמקביל לעבודתו על זיכרון הפלאש דומים באופן כללי לאלה הנמצאים במחשב שלנו היום – RAM (קיצור של Random access memory). כל ביט ('0' או '1') נשמר ברכיב זה על ידי תת-מעגל חשמלי המורכב ממספר טרנזיסטורים. טרנזיסטור בודד דומה בפעולתו לברז מים: לחץ מים קיים כל הזמן אך הברז קובע אם מים יזרמו בצינור או לא. במידה וכלל אין מים בצינורות אין משמעות לפעולת הברז. בדומה,  הבעיה עם זיכרון ה-RAM היא שכאשר מנתקים אותו מהחשמל הטרנזיסטורים מפסיקים את פעולתם והזיכרון נמחק. מאסואוקה רצה לפתח רכיב זיכרון אלקטרוני שאינו נמחק בעקבות הפסקת החשמל, בדומה לדיסק קשיח – אך ללא הרכיבים המגנטיים המגבילים את צפיפות המידע וללא זרוע מכאנית המאטה את המהירות.

למעשה, רכיבי זיכרון אלקטרוניים שאינם נמחקים כבר היו קיימים אז ונקראו EEPROM (ראשי-תיבות, קטע כזה של מהנדסים). רכיבים אלה, שמהם פיתח מאסואוקה את זיכרון הפלאש, מבוססים גם הם על טרנזיסטורים ולכן נתחיל להתיר את הסבך בלהסביר קצת יותר על פעולת טרנזיסטור.

הטרנזיסטור הוא מתג אלקטרוני המופעל על ידי אותות חשמליים דרך שלוש נקודות מגע המסומנות באיור כ: Source, Drain ו-Gate. לטרנזיסטור שני מצבי פעולה עיקריים (אשר יסמלו '0' או '1'): מצב שבו זרם חשמלי עובר מה-Source ל-Drain ומצב שלא (בדומה לזרם המים). השליטה במצבים מושגת על ידי מתן מתח חשמלי בנקודת ה- Gate (הברז), המופרדת מאזור ההולכה על ידי שכבת מבודד (ראו איור). בדרך כלל, ללא הפעלת מתח ה- Gate אין זרם בטרנזיסטור מכיוון שהדרך חסומה על ידי חומר בעל הולכה מסוג שונה. בהפעלת מתח ה-Gate נפתחת 'תעלה' המאפשרת לזרם לעבור. מתח ה-Gate המינימלי שיאפשר זרם בטרנזיסטור נקרא 'מתח הסף'.

איור סכמטי (ביותר) של טרנזיסטור.

אחת התופעות שגורמות לפגיעה בתפקודם של הטרנזיסטורים היא 'אלקטרונים חמים'. חלק מהאלקטרונים העוברים בתעלה יהיו בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד וחלקם עלול לצאת מהתעלה ולפרוץ לשכבת המבודד, שם הם יאבדו את האנרגיה ויתקעו לזמן כמעט בלתי מוגבל. האלקטרונים התקועים בשכבת המבודד גורמים למיסוך חלק מהשפעת הפעלת מתח ה-Gate ובשל כך יגרמו לשינוי במתח הסף ולשיבוש בפעולת המעגל.

חזרה לזיכרון

למרבה הפלא, אותה תופעה של אלקטרונים חמים הנתקעים בשכבת המבודד משמשת להפעלת רכיב הזיכרון המכונה EEPROM. תהליך הכתיבה לזיכרון מתבצע על ידי פתיחת הטרנזיסטור והפעלת זרם חזק הגורם ללכידת אלקטרונים במבודד בכמות מבוקרת, כך שמתח הסף משתנה. קריאה מתבצעת על ידי בדיקת ההולכה של הטרנזיסטור (בעצם בדיקה האם יש או אין אלקטרונים במבודד). מחיקה מתבצעת על ידי הפעלת מתח חשמלי הפוך בין ה-Gate ל-Source. בהפעלת מתח חזק מספיק מתרחש תהליך מינהור והאלקטרונים יעזבו את המבודד.

כתיבה לזיכרון על ידי אלקטרונים חמים.

התרומה הגדולה של מאסואוקה היתה בכך שהוא הבין שתפעול נפרד של כל ביט וביט גורם לפעולת הרכיב להיות איטית מאוד. הוא הסיק שעדיף לאפשר גישה אל המידע בקבוצות גדולות יותר וכך יתאפשר לתכנן מעגלים קומפקטיים יותר המצריכים פחות חיווט ופחות מקום על פרוסת הסיליקון (שטח על הפרוסה שווה כסף). במהלך שנות ה-80 תכנן מאסואוקה שני סוגי זיכרון פלאש. הראשון מכונה NOR ומאפשר קריאה וכתיבה של מילים (בייטים) בודדות. הקריאה ממנו מאוד מהירה אך הכתיבה מעט איטית. הסוג השני מכונה NAND ומאפשר קריאה וכתיבה רק בקבוצות של אלפי בייטים. הסוג הזה של פלאש חסכוני יותר בשטח על הסיליקון. בשני הסוגים מחיקת מידע מתבצעת בבת-אחת בבלוקים המכילים בין עשרות למאות קילובייטים ומכאן כנראה נובע השם 'פלאש'. רכיב ה-NOR מיועד לשימושי ROM ואת רכיב ה-NAND תוכלו למצוא בדיסק-און-קי שלכם.

סוף דבר

מה עלה בגורלו של מאסואוקה? ובכן, מכיוון שהפטנטים לא היו רשומים על שמו הוא לא בדיוק התעשר מכל ההצלחה של זיכרון הפלאש. בשנת 1994 הגיעה ההתקשרות בינו לבין טושיבה לסיום בטונים צורמים והוא עבר לעבוד כפרופסור באוניברסיטה בה ביצע את עבודת הדוקטורט שלו. טושיבה מצידה נבוכה מאוד מכל הסיפור עד כדי כך שב-2002 טענו בפני כתב העיתון פורבס שאינטל היא זאת שהמציאה את זיכרון הפלאש ולא הם. מאסואוקה בינתיים כבר עובד על הדבר הגדול הבא מבחינתו: טרנזיסטורים תלת ממדיים, והפעם הפטנטים רשומים על שמו.

לקריאה נוספת:

'Unsung hero' by Benjamin Fulford (Forbes)

* אחת המילים שמשמעותן 'אופס' ביפנית היא: おっと, ובהגייה באנגלית: O-tto (למרות שאות-לאות בעצם רשום O-tsu-to). זה אינו הביטוי השגור ביותר אלא זה שאני מצאתי הקל ביותר לתעתק.

מודעות פרסומת
  1. 16/03/2012 ב- 2:09 pm

    יפה מאוד! נושא היה יכול להיות מתיש הפך קריא וברור.

  2. 26/03/2012 ב- 12:04 am

    תודה 🙂

  3. 07/09/2012 ב- 12:44 am

    מוזר, אף פעם לא הטרידה אותי קודם העובדה שהזיכרון ב-DOK נשמר בעוד שב-RAM הוא נמחק כשמפסיק החשמל, למרות שחשבתי ששניהם מבוססים על אותה טכנולוגיה… עכשיו מסתבר לי שלא בדיוק.

  4. 07/09/2012 ב- 1:29 am

    שמחתי לחדש לך 🙂
    אנחנו מוקפים בטכנולוגיה בכל רגע מתון, את הרוב אנחנו לא באמת מבינים. איך בונים מסך LCD? ממה עשוי קרם ידיים ולמה הוא עובד? איך עובד מקרר? וכו. אין לזה סוף.

  1. 11/05/2012 ב- 4:43 pm
  2. 18/05/2012 ב- 3:20 pm
  3. 18/01/2013 ב- 4:33 pm
  4. 18/01/2013 ב- 5:01 pm

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: