Les
mémoires PROM manuelles (Matrice à diodes)
Elles ont été
précédées par des systèmes électromécaniques que l'on pouvait
trouver notamment sur des faces avant d'appareil de mesure. Elles
permettaient de changer manuellement la configuration de l'appareil.
En insérant des fiches à diode ou a résistance suivant un plan
fourni avec l'appareil.
Les
mémoires ROM
Les mémoires ROM
(Read-Only Memory) ou mémoire à lecture seule sont conçues avec un
contenu non modifiable. Un circuit intégré n'est rentable que dans
la mesure ou on en fabrique une grande quantité, le marché est donc
limité à un usage général , ce sera par exemple le codage d'un
clavier numérique en binaire.
Exemple de codage d'un clavier numérique à l'aide d'une mémoire ROM
Les
mémoires PROM
Les mémoires PROM
(Read-Only Memory Programmables) ont donné la possibilité d'utiliser
une mémoire ROM même pour des systèmes réalisés en petite quantité.
Le principe consiste en une structure matricielle comme ci dessus
avec à chaque intersection ligne colonne une diode en série avec un
fusible, dans ce cas la programmation consiste à éliminer les diodes
superflues en claquant le fusible qui leur est attaché. Une seconde
technique met en jeu un élément pouvant être mis en court-circuit
tel qu'une diode montée en inverse. La programmation consiste à
claquer la diode D1 (schéma ci-dessous) qui est conçue pour se
mettre en court-circuit lors d'un claquage par tension inverse et
ainsi mettre en service la diode D2. Dans un cas comme dans l'autre,
le fabricant dans ses spécifications (data sheet) précisait les
caractéristiques de l'impulsion à appliquer sur l'entrée d'écriture
après avoir positionner les entrées d'adresse correspondant au bit
ou à l'octet à programmer.
Dans les années 70, la réalisation
d'une carte incluant un microprocesseur nécessitait de concevoir le
programme sur un poste autonome. L'écriture se faisait en
assembleur , le logiciel d'assemblage transformait le fichier en
codes machine, ce code était introduit dans une mémoire PROM à
l'aide d'un programmateur, puis cette mémoire était placée sur son
socle disposé sur la carte et on pouvait procéder aux essais. Si le
programme ne répondait pas à notre attente, il fallait le modifier
puis "claquer" une nouvelle PROM et ainsi de suite. Seule la PROM
finale était conservée, les autres étaient jetées ce qui augmentait
le coût de l'étude. A cette époque le prix des composants n'avaient
rien de commun avec les prix actuels (facteur de 10 à 100). Il était
donc important de concevoir des mémoires programmables et
reprogrammables.
Les
mémoires REPROM
LES
UVPROM
Elles ont été inventées en 1971, brevetées en 1972 par un ingénieur
israëlien d'Intel Dov Frohman
(photo de droite empruntée à Wikipédia). Les mémoires REPROM
(Mémoire ROM Programmable et Reprogrammable) mettent en jeu
des transistors MOS à grille isolée. La grille du transistor est
noyée dans de l'oxyde de silicium SiO2 sans raccordement électrique. On pourra rendre le
transistor passant en faisant migrer des électrons sur cette grille
par effet tunnel. Le transistor rendu passant peut se conserver dans
cet état pendant des temps très longs, plusieurs années.
Pour rendre
le transistor à l'état initial (bloqué) il faut apporter de
l'énergie aux électrons prisonniers de la grille. L'oxyde de
silicium, SiO2, de la silice, est transparent, il est donc possible de fournir de l'énergie
à l'aide de photon
mais, cependant, il ne faut pas que la lumière du jour puisse effacer la
mémoire.
L'énergie contenue dans un photon est donnée par la formule
E = hF où h est la constante de Planck
et F la fréquence de l'onde associée au photon. On
sait que F = 1 / λ où λ est la longueur d'onde ,
on voit que plus λ est petit plus la fréquence est élevée et
plus l'énergie est importante. La mémoire a donc été conçue de telle
sorte que l'énergie des photons nécessaires à sont effacement se situe dans
l'Ultra violet (le début de l'effacement commence à λ
= 400nm , ce qui est le début du spectre visible, (voir
la fiche éclairage) mais une longueur d'onde de 253,7nm est conseillée). Une
petite fenêtre en Quartz est ménagée dans le boitier permet
d'exposer la puce au rayonnement ultra violet.
La
programmation de ces mémoires nécessite des tensions supérieures aux
tensions d'utilisation, un
poste de programmation lié au système de développement est
donc nécessaire.
Des petits appareils autonomes contenant une
source d'ultra violet permettent d'effacer la mémoire. On plaçe
celle-ci sur une mousse anti statique dans un petit tiroir que l'on
introduit ensuite dans l'appareil.
Le premier
effacement prend quelques minutes (de l'ordre de 20mn) mais après
plusieurs opérations d'écriture et d'effacement, la mémoire "durcit", le temps d'effacement
devient de plus en plus long, jusqu'à ce que l'effacement devienne impossible.
L'arrivée
de cette mémoire, qu'on appellera plus tard UVPROM fut un
grand progrès. Cependant l'emploi de cette mémoire nécessitait encore de
l' implanter sur un
support ce qui est une source de problèmes (mauvais contacts, tenue aux vibrations
incertaine, positionnement de la mémoire manuellement avec les
risques dus à l'électricité statique etc ), la programmation et
l'effacement se faisant à l'aide d'appareils liés aux systèmes de
développement. L'effacement était bien entendu général aussi une
modification du contenu de la mémoire, même minime, nécessitait
d'extraire la mémoire de la carte sur laquelle elle était implantée
de la placer dans l'appareil à UV, l'effacer dans sa totalité puis
de la programmer avec son nouveau contenu.
Les premières EPROM commercialisées par Intel telles que la 1702 qui
permettait de stocker 256 octets (2048 bits) avait des temps d'accès de 500 à
1000 ns, nécessitait en dehors de la programmation deux tensions
d'alimentation 5 V et -9V et pour la programmation une tension de
-35V et des pulses de -48V d'une durée de 3ms. Ces conditions
d'utilisation les rendaient peu attrayantes.
L'arrivée de la 2716 et de la 2732 a constitué le véritable démarrage des EPROM.
de capacité de 2 et 4 kilo-octets et temps d'accès de 200ns, en mode
lecture une tension unique de 5V était nécessaire et des impulsions de
programmation de 21V. (Photo de droite détail de la fenêtre de
la 1702 , photo Wikipédia)
LES EAROM (Electriquement
Altérable ROM) et EEPROM (Electricaly Erasable PROM)
L'évolution des technologies ont
permis d'obtenir des couches d'oxyde d'une pureté de plus en plus
grande et donc de réaliser des isolements à l'aide de couches
d'oxyde plus fines. Il devenait possible de fournir une énergie
d'effacement à l'aide de champs électriques .
De 1969 - 73 Eli Harari à l'Université de Princetone travaille sur
les films minces de SiO2 (oxyde de silicium) et l'effet tunnel dans ces couches.
Sortit de l'Université il travaille
de 1973 à 1979 chez Hughes Aircraft
où il réalise la première EEPROM utilisable en 1978
Intel dépose son premier brevet sur les EEPROM en 1972 et sort la
première EEPROM en 1978.
La grille est en silicium polycristallin noyée dans de l'oxyde de
silicium d'une épaisseur de 70 à 100 Å
En 1982 Harari rejoint Intel où il devient responsable du groupe
chargé des mémoires non volatiles
En 1988 Harari fonde la société
Sandisk qui va devenir un des leaders dans les mémoires flash et
notamment les cartes SD, Compact flash, Memory Stick
Les Mémoires FLASH
Fujio Masuoka (photo
de gauche) né au Japon en 1943 est titulaire d'un doctorat de Génie
Electrique de l'université de Tohoku
En 1971 date à laquelle il a quitté l'université, il travaille comme
chercheur chez Toshiba
Il est stimulé par le brevet d'Intel sur la mémoire EEPROM en 1972.
Il dépose un premier brevet en 1972 qui sera accepté en 1975
(US3868187) sur une mémoire effaçable électriquement. Il ne s'agit
pas encore de mémoire Flash mais plutôt d'EEPROM
Un premier brevet a été déposé en 1980 qui préfigure la mémoire a
effacement électrique. En 1984 il dépose un brevet sur la Nor Flash
et en 1987 il brevette la Nand flash
En 1989 il présente un embryon de "disque" de 4 Mbits à l'ISSCC de
New York . Pour développer de façon industrielle cette invention,
l'investissement était évalué à 70 milliards de Yens ( actuellement
530 millions€), devant la possibilité de création d'un appareil de
photographie numérique, c'est la division grand public de Toshiba
qui va financer la suite des recherches.
Cependant Toshiba fut long à prendre cette décision
et finalement vend cette technique à Intel ( la 27F256, mémoire
flash de 256Ko sort en 1988) Résultat, Intel devient le principal
fabricant de Flash ( en 2002, Intel prend 27% du marché et 11%
pour Toshiba ). En 2001, le marché de ce type de mémoire s'est élevé à 76 milliards
de dollars.
Masuoka n'eut pas grands remerciements de la
part de son employeur et de poste en poste se retrouva dans ce qu'on
pourrait appeler un placard. Son parcours ressemble à celui de
l'inventeur de la LED bleue Shuji Nakamura qui
permettra de réaliser la LED blanche et qui se vit attribuer 147$ de
sa société. La
reconnaissance des sociétés japonaises pour leurs chercheurs semble
être vraiment particulière . Nakamura s'est vu
attribuer le prix Nobel également
Ces deux inventions la mémoire flash et la LED blanche sont d'une
très grande importance et bouleversent le monde de l'électricité en
général.
En 1994 Masuoka rejoint l'université de Tuhoku.
En 2007 il est décoré par l'empereur du Japon Akihito
de la médaille pourpre
La mémoire flash est en passe de supplanter les disques durs des
ordinateurs, en 2014 l'équipement d'un ordinateur en mémoire flash
de 1To en lieu et place du disque dur est passé en dessous de 500€,
une clé USB de 8Go coûte moins de 10€