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Introduction Dans l'important dossier sur les mémoires traitées en août 2005, j'avais laissé de côté les mémoires flash. Cette lacune est maintenant comblée avec la suite ci-dessous. Après un petit récapitulatif sur les caractéristiques de la mémoire flash, nous passerons en revue les principaux types disponibles que nous offre l'industrie en l'état actuel, avec les quelques conseils correspondants. Et en guise d'introduction au prochain article, nous aborderons les micro disques durs et en particulier le Microdrive d'IBM qui se pose ici en concurrent quant à son application. Caractéristiques de la mémoire flash La mémoire flash est une mémoire à semi-conducteur, non volatile et réinscriptible de type EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), ou bien de type PROM programmables/effacables, mais par un courant électrique. Elles peuvent être effacées même lorsqu'elles sont en fonction dans l'ordinateur. Ces mémoires tirent leur nom (flash) de l'opération qui consiste à "flasher" une mémoire EEPROM qui possède les caractéristiques d'une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d'une mise hors tension comme c'est le cas des mémoires de masse. Elles stockent les bits de données dans des cellules de mémoire qui sont conservées en l'état lorsque l'alimentation électrique est coupée. Sa vitesse est élevée, sa durée de vie et sa faible consommation, nulle au repos, la rendent indispensable pour de nombreuses applications : ordinateurs portables, appareils de photo numériques, téléphones cellulaires, imprimantes, assistants personnels (PDA), consoles de jeux ou dispositifs de lecture et d'enregistrement sonore comme les baladeurs MP3 et les clés USB. De plus, les mémoires flash ne possèdent pas de composants mécaniques, ce qui les rend peu fragiles aux chocs. En outre, ce type d'EEPROM permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est donc rapide lorsque le système doit écrire sur plusieurs endroits en même temps. Elles existent sous deux formes : flash NOR et flash NAND. Elles tirent leur nom respectif des portes logiques matérialisant les opérateurs booléens "NON ET" et "NON OU", utilisées pour chaque cellule de stockage. Les types de mémoires NOR et NAND ont été inventés par le Dr Fujio Masuoka qui travaillait pour Toshiba en 1984. Selon Toshiba, le nom "flash" a été suggéré par le collègue du Dr Masuoka, Mr. Shoji Ariizumi, parce que le processus d'effacement de la mémoire lui a rappelé un flash d'appareil de photo. Le Dr Masuoka a présenté son invention à la réunion internationale d'IEEE en 1984 tenue à San Jose en Californie.
Compact Flash La mémoire Compact Flash (notée parfois CF) est un type de carte mémoire EEPROM de type NAND créé en 1994 par la firme SanDisk. La mémoire Compact Flash est constituée d'un contrôleur mémoire et de mémoire flash contenus dans un boîtier de faible dimension et pesant 11,4 grammes. Il existe deux facteurs de forme de cartes Compact Flash :
Compact Flash connecteur type II et type I Il existe trois notations qui suivent la dénomination "Compact Flash" :
Les connecteurs de type pinces sont fragiles, vous devez donc les manipuler avec précaution car ils ne sont garantis que pour 500 branchements. Attendez donc que votre carte soit remplie avant d'effectuer un transfert. Les circuits mémoires statiques ont fait de très rapides progrès, SanDisk est leader en haut de gamme :
Compact Flash La gamme Compact Flash Card Ultra II.
La gamme Compact Flash Card Extreme III.
Dans les tableaux suivants, sont référencées quelques caractéristiques des Compact Flash de chez Kingston : La gamme Compact Flash Card Ultimate.
La gamme Compact Flash Card Elite Pro.
La gamme Compact Flash Memory Standard.
MMC Multimedia Card La mémoire Multimedia Card (notée MMC) est un type de carte mémoire créé conjointement par SanDisk et Siemens en novembre 1997. Son architecture est basée sur une combinaison de mémoire morte (ROM) pour les applications en lecture seule et de mémoire flash NAND pour les besoins en lecture/écriture. Elles sont cadencées pour supporter des fréquences de 20 MHz, 26 MHz et 52 MHz. L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'un connecteur latéral possédant 7 broches pour la Multimedia Card standard (2,5 Mo/s de taux de transfert) ou 13 broches pour les MMC Plus et MMC Mobile, et 10 pour MMC Micro (7 Mo/s de taux de transfert). La mémoire MMC possède trois facteurs de forme :
MMC Multimédia Card La gamme Multimedia Card Plus (MMC+) 3,3 volts.
La gamme MultimediaCard (MMCmobile) bivoltage 3,3 et 5,0 volts.
Dans les tableaux suivants, sont référencées quelques caractéristiques des Multimedia Card de chez Samsung : La gamme Normale MMC de 3,3 volts notée E.
La gamme Normale MMC réduite de 3,3 volts notée E. SmartMedia La mémoire SmartMedia est un type de carte mémoire, créé par Toshiba et Samsung, sortie en octobre 1998. Son architecture est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND. La mémoire SmartMedia possède un facteur de forme de 45.0x37.0x0.76 mm et pèse 2 grammes. L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'une puce possédant 22 broches. Quelle que soit la capacité de la carte SmartMedia, les dimensions et l'emplacement de la puce sont les mêmes. Le temps d'accès à la mémoire est d'environ 25 microsecondes pour le premier accès et 50 nanosecondes pour les cycles suivants. Il existe deux types de cartes SmartMedia de voltages différents :
SmartMedia sous rayon X La mémoire Secure Digital (notée SD ou SD Card) est un type de carte mémoire créé par Matsushita Electronic, SanDisk et Toshiba en janvier 2000. La mémoire Secure Digital est une mémoire spécifiquement développée pour répondre aux exigences de sécurité nouvellement apparues dans les domaines des dispositifs électroniques audio et vidéo. Elle inclut ainsi un mécanisme de protection du droit d'auteur qui répond au standard SDMI (Secure Digital Music Initiative). L'architecture des cartes SD est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND. La tension est de 3,3 volts. L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'un connecteur latéral possédant 9 broches, permettant d'atteindre un taux de transfert de 2 Mo/s pour la gamme standard. Le transfert des données s'effectue via un adaptateur. Le temps d'accès à la mémoire SD est d'environ 25 microsecondes pour le premier accès et de 50 nanosecondes pour les cycles suivants. La mémoire SD possède trois facteurs de forme :
Pour l'utilisation pratique des cartes Secure Digital sous MorphOS, je vous renvoie à l'article de David Brunet Mini Secure Digital La gamme SD Card Ultra II.
La gamme SD Card Ultra II Plus.
La gamme SD Card Extreme III.
Dans les tableaux suivants, sont référencées quelques caractéristiques des SD Card de chez Kingston : La gamme SD Card Standard.
La gamme MiniSD Card.
La gamme MicroSD Card.
La gamme SD Elite Pro.
La gamme SD Ultimate.
Memory Stick La mémoire Memory Stick (notée MS ou MS Card) est un type de carte mémoire créé conjointement par Sony et SanDisk en janvier 2000. L'architecture des cartes Memory Stick est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND. La tension bivoltage est de 3,3 volts et 1,8 volts. La température de fonctionnement est de -25°C à +85°C. L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'un connecteur latéral possédant 10 broches pour la gamme standard et 11 broches pour la gamme Micro. Les taux de transfert sont de 14,4 Mo/s et jusqu'à 19,6 Mo/s en pointe. Deux types de cartes Memory Stick coexistent : la "normale" et la "Magic Gate" assurant la protection des fichiers protégés par droit d'auteur. Il existe trois facteurs de forme de Memory Stick :
Memory Stick controller
Memory Stick Pro Duo La gamme Memory Stick Pro Ultra II.
La gamme Memory Stick Pro Duo Ultra II.
La gamme Memory Stick Pro Extreme III Magic Gate.
xD Picture Card La mémoire xD Picture Card (pour eXtreme Digital) est un type de carte mémoire créé par Fuji et Olympus en août 2002. L'architecture des cartes xD est basée sur des circuits de mémoire flash (EEPROM) de type NAND. La mémoire xD Picture Card possède un facteur de forme de 20x25x1,7 mm et pèse 2,8 grammes. L'accès aux données est réalisé par l'intermédiaire d'un connecteur latéral possédant 18 broches. Olympus a sorti différents types de xD Picture Card :
XD Picture Card H et M La Miniature Card (ou MiniCard) est un type de carte mémoire créé par Intel en 1995. Architecturée pour une interface linéaire, la Miniature card n'exige aucun ASICs (Circuit Integré d'Application Spécifique) ni microcontrôleur ni adaptateur. Le facteur de forme est de 38x33x3,5 mm possédant 60 broches. Cette norme Miniature Card est bivoltage (3,3 et 5 volts). Ce format propose des capacités moindres (64 Mo maximum) que ses concurrents car la production a été brutalement arrêtée et a été remplacée par la Compact Flash. Miniature Card Ces petits périphériques de stockage utilisent une mémoire flash et un microcontrôleur RISC, le tout encapsulé dans un petit boîtier muni d'un connecteur USB. Les capacités sont variables de 32 Mo à 8 Go. Elles permettent un taux de transfert théorique de 1,5 Mo/s sur USB 1.1 et de 60 Mo/s sur USB 2.0. Clé USB 2 - Contrôleur Ours Technology Inc. OTi-2168 USB 2.0. Ce circuit fait appel au contrôleur pour l'USB 2.0 et assure une interface entre les données transmises linéairement et la structure en blocs de la mémoire flash. Il permet d'activer la gestion bas niveau de la mémoire et contient un microcontrôleur RISC ainsi qu'un peu de RAM et de ROM. Les données sont transmises au Hynix (Cf. n°4) via un bus de données/adresses sur 8 lignes. 3 - JP1 et JP2 : deux connecteurs avec 10 broches, principalement pour les tests et le débogage. 4 - Hynix Semiconductor HY27USxx121M, mémoire flash qui contient 4096 blocs indépendants (chacun avec 16 ko), soit 64 Mo au total. 5 - Un oscillateur local quartz SKC (Shin Chang Electronics) cadencé à 12 MHz. 6 - Une diode pour indiquer l'activité de la clé. 7 - Un interrupteur à deux positions pour protéger la clé en écriture. 8 - C'est une zone vide mais elle est prête à recevoir une autre mémoire flash pour offrir un modèle de 128 Mo. Pour son utilisation journalière je vous renvoie à l'article de David Brunet Les facteurs de formes comparés En trois images, retrouvez les différents facteurs de formes et leurs caractéristiques principales : Facteur de forme Standard Facteur de forme Mobile et Mini Facteur de forme Micro Dans cette rude concurrence mondiale, les compagnies de semi-conducteur qui fabriquent et vendent les mémoires flash ou les cartes de mémoire, sont : Hynix, Infineon, Micron, Renesas, Samsung, SanDisk, ST Micro et Toshiba. Micron et Intel ont récemment formé, pour un début de production en janvier 2006, un partenariat en participation, connu sous le nom de IM Flash Technologies. SanDisk et Toshiba développent et fabriquent une mémoire flash peu coûteuse et à rendement élevé par leur partenariat. Puisque la mémoire flash représente une partie significative du coût de la carte, SanDisk et d'autres fabricants peuvent avoir un avantage concurrentiel à l'accès de la mémoire flash à des prix sensiblement inférieurs à ceux des autres fabricants. Étant donné que SanDisk reçoit des redevances conformément aux accords de licence avec Samsung et d'autres (en même temps que l'accord de licence de SanDisk/Samsung, SanDisk a annoncé que : "Samsung vend la flash à SanDisk à un coût très favorable"). SanDisk reçoit également des redevances sur la fabrication et la vente des cartes Secure Digital et Memory Stick. Les fabricants font face également à la concurrence significative des monteurs de cartes, des revendeurs qui monnayent les cartes flash achetées chez d'autres et des assembleurs (qui achètent chez des compagnies telles que Renesas, Samsung ou Toshiba). Ces compagnies sont : Crucial, Dan-Elec, Delkin Devices, Feiya, Fuji, Hagiwara, Hama, Hewlett Packard, Data I/O, Infineon, Kingston, Kodak, M-Systems, Matsushita, Memorex, Memory Plus, Micron, PNY, PQI, Pretec, Ritek, Samsung, SanDisk, Silicon Storage Technology, SimpleTech, SMART Modular Technologies, Sony, TDK, Transcend, Viking interWorks et beaucoup d'autres. En outre, un nombre croissant de compagnies fabrique ses propres contrôleurs. De telles compagnies combinent leurs contrôleurs avec de la mémoire flash de tiers pour fabriquer leurs propres cartes ou pour vendre leurs contrôleurs à d'autres tiers qui les emploient pour assembler leurs cartes mémoires. Ces compagnies sont : Genesys, Hyperstone, Prolific, SanDisk, Sigmatel, Silicon Storage Technology, Silicon Motion Inc, Solid State Système, Sony et Zoran. Pour faire face à la concurrence, les compagnies principales de semi-conducteurs telles qu'Infineon, Micron, Renesas, Samsung et Toshiba ont développé ou développent actuellement leurs propres contrôleurs qui concurrenceront probablement les ventes de contrôleur ou de carte. Et ce d'autant plus que beaucoup de compagnies ont présenté les pilotes d'USB qui accompagnent leurs cartes. Ils concurrencent directement la ligne des produits prêts à l'emploi. Ces compagnies sont : Apacer, Belkin, Fuji, Imation, Iomega, JMTek, et KTI. Je dois avouer que cette compétition internationale n'engendre pas la simplicité comme vous pouvez le constater. Les principaux fabricants de mémoires flash :
Les lecteurs et adaptateurs Il y a un vaste choix laissé à votre appréciation et vos besoins. En général, cela va du simple adaptateur USB monoformat, jusqu'au lecteur multicarte 30 en 1. Ces derniers sont sur les ports USB, PCMCIA, disquette ou IDE, avec possibilité de montage en façade avant en baie de 3 pouces 1/2 et en baie de 5 pouces 1/4. Les adaptateurs 30 en 1 gèrent les cartes suivantes : SD, SD Ultra, SD Extreme, MMC, MMC Plus, MS, MS Magic Gate, MS Select, MS Pro, MS Pro MagicGate, MS Pro Ultra, MS Pro Extreme, Smart Media, xD, xD M et XS Transflash via un adaptateur fourni permettant de pratiquement tout lire. Adaptateur PCMCIA Adaptateur USB Lecteur mémoire flash sur port disquette et sur lecteur de CD Adaptateur Compact Flash type II / PCMCIA type II Vitesse, performance et avenir Vitesse En vitesse de transfert en écriture, les mémoires flash et les micro disques durs sont de : Mémoire flash = 8 Mo/s Ce qui correspond à un indice de 53x (valeur x = 150 ko/sec.) Micro disques durs = 45,2 Mo/s. Les micro disques durs sont presque 6 fois plus rapides qu'une mémoire flash standard et entre 20% et 100% plus rapides en pratique. La vitesse d'une mémoire flash est critique pour au moins deux applications : sur appareil de photo numérique et sur PDA. Par exemple, les temps d'écriture pour les photos en très haute résolution et les photos en mode rafale sont particulièrement longs : les temps sont proportionnellement inverses pour l'écriture de la photo suivante. Pour des tests de quelques cartes en vitesse de transfert, je vous renvoie à l'article de Rob Galbraith. Performance En utilisation, vous constaterez que les performances avec les nouvelles cartes flash les plus rapides (Extreme, Ultra, Pro) et le Microdrive ont une infime différence de transfert sur le même port. En fonction de la qualité des adaptateurs, de l'optimisation des pilotes et des ports que vous utilisez (USB 1.1, USB 2, PCMCIA I, PCMCIA II, IDE, disquette), les ralentissements seront sensibles au niveau des taux de transfert. De plus, les micro disques durs résistent à des chocs de 400 G en fonctionnement et 2000 G au repos, les températures supportées sont de -40°C à +70°C et supportent les altitudes de -300 à 3048 mètres, alors que les mémoires flash résistent à 2000 G au repos et en fonctionnement avec un support de températures de -0°C à +60°C pour les gammes standard et -25°C à +85°C pour les gammes E (Extreme, Elite). Avenir Samsung a annoncé le 11 septembre 2006 le premier prototype de Flash NAND gravé en 40 nanomètres, d'une capacité de 32 Go, et qui devrait être disponible commercialement dans les dix-huit mois. Il s'agit, par ailleurs, de la première mémoire flash NAND de Samsung ne faisant pas appel à une cellule mémoire à grille flottante. Cette mémoire met en oeuvre une architecture dite CTF et une structure dite Tanos qui promettent une adaptation aisée aux futures générations technologiques au moins jusqu'au noeud 20 nm. Cette mémoire 32 Go ouvre le marché du stockage mobile de grande capacité à la technologie flash NAND. De ce fait, la taille des cellules mémoires est inférieure de 25% à celle des cellules de la mémoire 8 Go en technologie CMOS 60 nm introduite l'an dernier. Les fabricants de circuits intégrés pensent pouvoir continuer à développer de nouvelles mémoires flash innovantes pendant encore au moins dix ans, avant de rencontrer des limites physiques. Les capacités seront de 256 Go pour une gravure à 20 nanomètres et moins. Ils étudient donc des technologies potentielles pour la période "post-flash" des années 2010 et suivantes. D'ici là, l'avenir passe par l'amélioration des taux de transferts sur les contrôleurs et la qualité des composants sur les coûts de production (facteurs de la fiabilité des mémoires flash et des disques durs). Personne à ce jour ne peut prédire qui l'emportera dans cette compétition mondiale entre mémoires flash et micro disques durs. Je pense qu'il y a place pour les deux supports, et l'avenir nous réservera encore de belles révolutions technologiques. Conclusion Bien entendu, il a existé beaucoup d'autres modèles de cartes mémoires flash, mais sauf à écrire une nécrologie des systèmes abandonnés qui n'intéressent plus personne à ce jour, il ne restera, dans l'avenir parmi cette débauche de formats que les meilleurs. Comme tout nouveau matériel qui arrive sur le marché, méfiez-vous des annonces et évitez les formats propriétaires. Toutefois, certains consortiums font un effort de rapprochement au niveau des futures spécifications. La conclusion de choisir un micro disque dur ou une mémoire silicium n'est pas aussi simple. Le choix entre ces deux technologies dépendra de vos matériels, vos batteries (les formats propriétaires sont à éviter), vos besoins en capacité et les prix du moment. La contrefaçon existe, sachez que les constructeurs gravent sur le chant ou à l'arrière de la carte leurs numéros de série. Vous pouvez également vérifier, sur votre système d'exploitation, une partie de l'information interne de la carte (capacité, type et numéros de série). Enfin, si vous avez le choix et le budget pour votre application, optez plutôt pour une carte mémoire flash de grande marque. Pour la suite de ce long dossier, il nous restera à voir les mémoires de masse. Liens
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