Apakah Anda pernah mendengar tentang memori flash sebelumnya? Apa perbedaan antara NOR dan NAND? Jika Anda selalu mengikuti perkembangan terbaru di bidang perangkat keras komputer, Anda mungkin pernah mendengar singkatan-singkatan ini setidaknya sekali. Namun, jika Anda belum yakin apa artinya atau bagaimana cara kerjanya, artikel ini cocok untuk Anda. Simak terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang kedua jenis penyimpanan memori flash ini dan cara kerjanya.
Definisi Memori Flash
Memori flash adalah jenis memori non-volatil yang dapat dihapus dan diprogram ulang secara berblok-blok, bukan satu byte demi satu. Memori ini umumnya digunakan sebagai media penyimpanan pada kamera digital, komputer genggam, pemutar MP3, flash drive USB, dan produk digital kecil lainnya. Meskipun memori flash dapat diprogram ulang, jenis memori non-volatil lainnya, seperti memori One-Time Programmable (OTP), dirancang untuk hanya dapat diprogram satu kali saja.
Struktur Memori Flash
Memori flash terdiri dari susunan sel yang dapat diprogram dan dihapus secara individual. Setiap sel dapat menyimpan sejumlah bit data. Selain itu, setiap sel mengandung transistor gerbang mengambang yang dilengkapi dengan gerbang pengendali dan saluran pembuangan. Gerbang pengendali mengatur aliran elektron antara sumber dan saluran pembuangan. Gerbang mengambang menyimpan muatan listrik, yang mewakili data yang disimpan.
Bagaimana Cara Kerja Memori Flash?
Untuk menjelaskan prinsip penyimpanan memori flash, kita harus mulai dengan EPROM dan EEPROM. Hal ini karena memori flash menggabungkan keunggulan kepadatan tinggi EPROM dengan fleksibilitas struktur EEPROM.
Memori Baca-Saja yang Dapat Diprogram dan Dihapus
EPROM berarti bahwa isi di dalamnya dapat dihapus dengan cara khusus, lalu ditulis ulang. Rangkaian unit dasarnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Rangkaian MOS injeksi avalanche gerbang mengambang sering digunakan, yang disebut FAMOS. Rangkaian ini mirip dengan rangkaian MOS. Dua daerah tipe-P berkonsentrasi tinggi ditumbuhkan pada substrat tipe-N, dan sumber (S) serta saluran (D) masing-masing ditarik keluar melalui kontak ohmik.
Terdapat gerbang polisilikon yang mengambang di lapisan isolasi antara sumber dan saluran, dan tidak memiliki sambungan listrik langsung dengan lingkungan sekitarnya. Sirkuit ini memanfaatkan apakah gerbang mengambang tersebut bermuatan atau tidak untuk menunjukkan penyimpanan nilai 1 atau 0. Ketika gerbang mengambang bermuatan (misalnya muatan negatif), saluran konduktif positif terbentuk di antara sumber dan saluran, dan transistor MOS menjadi aktif, yang berarti nilai "0" disimpan. Jika gerbang mengambang tidak terisi muatan, saluran konduktif tidak dapat terbentuk, dan transistor MOS tidak aktif, artinya "1" disimpan.
Memori Baca-Saja yang Dapat Diprogram dan Dihapus Secara Listrik
Prinsip kerja rangkaian unit penyimpanan dasar EEPROM ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Mirip dengan EPROM, rangkaian ini membentuk gerbang mengambang tambahan di atas gerbang mengambang pada rangkaian unit dasar EPROM. Yang pertama disebut gerbang mengambang tingkat pertama, sedangkan yang kedua disebut gerbang mengambang tingkat kedua. Sebuah elektroda dapat ditarik ke gerbang mengambang tingkat kedua, sehingga gerbang mengambang tingkat kedua terhubung ke tegangan. Jika nilai tegangan positif, efek terowongan akan terjadi antara gerbang mengambang tingkat pertama dan saluran pembuangan. Hal ini menyebabkan elektron disuntikkan ke gerbang mengambang tingkat pertama, yaitu pemrograman. Jika nilai tegangan negatif, hal ini akan menyebabkan elektron dari gerbang mengambang tingkat pertama hilang, yaitu terhapus. Elektron dapat ditulis ulang setelah dihapus.
Memori Flash
Sirkuit unit dasar memori flash mirip dengan EEPROM, dan juga terdiri dari transistor MOS gerbang mengambang berlapis ganda. Namun, lapisan pertama dielektrik gerbang sangat tipis, yaitu lapisan oksida terowongan.
Metode penulisan memori flash sama dengan EEPROM, yaitu dengan memberikan tegangan positif ke gerbang mengambang tingkat kedua agar elektron masuk ke gerbang mengambang tingkat pertama. Metode pembacaannya sama dengan EPROM. Selain itu, metode penghapusan dilakukan dengan memberikan tegangan positif ke sumber (source) dan memanfaatkan efek terowongan antara gerbang mengambang tingkat pertama dan saluran (drain) untuk menarik muatan negatif yang disuntikkan ke gerbang mengambang ke arah sumber.
Saat medan listrik dicabut, hubungkan 0V ke gerbang. Jika transistor MOS dihidupkan, itu adalah sel penghapusan, yang didefinisikan sebagai logika "1". Jika tabung MOS tidak dihidupkan, itu adalah sel program, yang didefinisikan sebagai logika "0". Ini setara dengan menyimpan 1 bit informasi "secara permanen" di unit ini. Besarnya tegangan ambang ini sebanding dengan jumlah elektron di gerbang mengambang.
Karena tegangan positif diterapkan pada sumber untuk penghapusan, sumber dari setiap sel dihubungkan bersama. Dengan cara ini, penghapusan tidak dapat dilakukan per byte, tetapi harus dilakukan pada seluruh chip atau blok. Seiring dengan kemajuan teknologi semikonduktor, memori flash juga telah mewujudkan desain satu transistor, terutama dengan menambahkan gerbang mengambang dan gerbang seleksi ke transistor asli. Saat memprogram perangkat memori ini, data sering disusun dalam format seperti format file HEX.
Sel Memori Flash
Besarnya tegangan ambang ini sebanding dengan jumlah elektron di gerbang mengambang. Berdasarkan jumlah elektron yang disuntikkan ke dalam gerbang mengambang, sel-sel memori flash dapat dibagi menjadi beberapa keadaan:
SLC: sel tingkat tunggal, 1 bit, 2 keadaan;
MLC: sel multi-tingkat, 2 bit, 4 keadaan;
TLC: sel tiga-tingkat, 3 bit, 8 keadaan;
QLC: sel empat-tingkat, 4 bit, 16 keadaan.
Jenis-jenis Memori Flash
Memori flash dapat dibagi menjadi dua jenis: NOR flash dan NAND flash. NOR flash memungkinkan akses acak ke sel-sel individual, sedangkan NAND flash umumnya digunakan untuk perangkat penyimpanan massal, seperti flash drive USB dan kartu memori.
NOR Flash
Memori NOR Flash memiliki struktur "paralel", dan setiap selnya memiliki jalur kata (word line) dan jalur bit (bit line) yang terpisah. Ciri khas memori NOR Flash adalah melakukan operasi di dalam chip itu sendiri, sehingga program aplikasi dapat dijalankan langsung di dalam memori NOR Flash tanpa perlu membaca kode tersebut ke dalam RAM sistem.
NAND flash
Memori flash NAND memiliki struktur tipe "tandem", yaitu rangkaian sel memori flash yang dihubungkan secara berurutan dan berbagi jalur bit. Unit penyimpanan dasar memori flash NAND adalah "halaman", mirip dengan sektor pada hard disk. Keunggulannya adalah memori ini dapat dibuat sangat kecil dan sangat terintegrasi.
NOR Flash vs NAND Flash
NOR flash lebih mahal daripada NAND flash, tetapi memiliki daya tahan yang lebih tinggi dan lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan operasi baca/tulis yang sering. NAND flash lebih murah dan memiliki daya tahan yang lebih rendah, tetapi lebih cepat dan lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan penyimpanan data dalam jumlah besar.
Sejarah Memori Flash
Dibandingkan dengan banyak teknologi informasi yang berumur pendek, memori flash telah ada sejak puluhan tahun yang lalu. Pada tahun 1984, Toshiba pertama kali mengusulkan konsep memori flash berkecepatan tinggi. Dalam beberapa dekade berikutnya, memori flash terus mengalami penyempurnaan dan pengembangan.
NOR Flash Pertama - 1988
Intel adalah perusahaan pertama di dunia yang memproduksi memori flash dan memasarkannya. Pada tahun 1988, perusahaan ini meluncurkan chip memori flash berkapasitas 256K bit. Chip tersebut terpasang pada perekam kaset. Belakangan, jenis memori flash yang diciptakan oleh Intel ini secara umum disebut sebagai memori flash NOR. Memori ini menggabungkan dua teknologi, yaitu EPROM dan EEPROM, serta dilengkapi dengan antarmuka SRAM.
NAND Flash - 1989
Jenis memori flash yang kedua disebut memori flash NAND. Memori ini dikembangkan oleh Hitachi pada tahun 1989 dan dianggap sebagai pengganti yang ideal untuk memori flash NOR. Pertama-tama, siklus penulisan memori flash NAND 90% lebih singkat daripada memori flash NOR, dan kecepatan penyimpanan serta penghapusannya relatif cepat. Kedua, unit penyimpanan NAND hanya setengah dari unit penyimpanan NOR, dalam ruang penyimpanan yang lebih kecil. Karena kinerjanya yang sangat baik, NAND sering digunakan pada kartu memori seperti CompactFlash, SmartMedia, SD, MMC, xD, dan kartu PC, stik USB, dll.
Flash 3D NAND - 2021
Pada tahun 2021, perusahaan YMTC asal Tiongkok meluncurkan memori flash 3D NAND 128 lapis. Memori ini memiliki kepadatan penyimpanan per satuan luas tertinggi, kecepatan transmisi I/O tertinggi, serta kapasitas tertinggi di antara chip memori flash NAND tunggal.
Pasar Perangkat Memori Flash
Di pasar, Samsung, Hitachi, Spansion, dan Intel merupakan empat produsen utama perangkat memori flash. Di antara perangkat memori flash tersebut, kebanyakan orang pasti sudah tidak asing lagi dengan hard disk memori flash. Dibandingkan dengan hard disk konvensional, hard disk memori flash memiliki kecepatan baca dan tulis yang tinggi serta konsumsi daya yang rendah. Selain flash drive, memori flash juga digunakan dalam produk elektronik seperti BIOS pada komputer, PDA, kamera digital, perekam suara, telepon seluler, TV digital, dan konsol permainan.
memori flash vs SSD
- Dibandingkan dengan SSD, memori flash berukuran lebih kecil dan lebih ringan;
- Struktur memori flash lebih tahan terhadap benturan daripada SSD;
- Memori flash dapat memberikan kecepatan pembacaan data yang lebih cepat, sedangkan SSD dibatasi oleh kecepatan putaran;
- Memori flash menyimpan data dengan lebih aman daripada SSD;
- Strukturnya yang non-mekanis, sehingga pergerakan tidak akan memengaruhi proses pembacaan dan penulisan;
- Umur pakai memori flash lebih lama, sedangkan SSD dipengaruhi oleh jumlah pembacaan dan penulisan serta kecepatannya;
- SSD ditulis menggunakan magnetisme, sedangkan memori flash ditulis menggunakan tegangan dan datanya tidak akan terhapus;
- Bahan baku untuk membuat memori flash langka, sehingga kapasitas penyimpanan per unit memori flash lebih mahal daripada SSD.
Kesimpulan
Dalam blog ini, kami akan membahas memori flash, mulai dari struktur, sejarah perkembangannya, cara kerjanya, hingga jenis-jenisnya. Memori flash memiliki banyak keunggulan dibandingkan SSD. Bagi sebagian besar perusahaan, memori flash tetap menjadi investasi yang menguntungkan meskipun telah muncul alternatif baru seperti MRAM dan OUM di pasaran.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Semua data komputer dapat disimpan, termasuk berkas, program, gambar, musik, multimedia, dan sebagainya.
Flash disk tersebut dapat dihapus dan ditulis ulang hingga 1.000.000 kali.
Sama seperti semua hard drive, flash drive juga bisa terinfeksi virus.
A9 Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, macOS, Linux.
