DE102005023057A1

DE102005023057A1 - Nichtflüchtiger Speicher

Info

Publication number: DE102005023057A1
Application number: DE102005023057A
Authority: DE
Inventors: Astrid Dr. Elbe; Jürgen HAMMERSCHMITT; Otto Winkler
Original assignee: Qimonda Flash GmbH
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2005-05-05
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: DE102005023057B4; US20060249585A1

Abstract

Der nichtflüchtige Speicher ist mit einem Zähler (5) versehen, der die Anzahl von Schreib-/Lesezyklen registriert und vorzugsweise dem Benutzer mittels eines Displays anzeigt. Der Speicher ist insbesondere zur Anordnung in oder auf einer Flash-Speicherkarte vorgesehen, die mit einer mit dem Speicher (4) verbundenen Controller-Schaltung (3) versehen ist. Der Zähler (5) befindet sich vorzugsweise integriert in der Controller-Schaltung oder in dem Speicher. Ein Display kann auf der Karte angeordnet sein. Dieser nichtflüchtige Speicher mit Zähler ermöglicht die Anpassung an verschiedene Anwendungen und unterschiedliche Anforderungen bezüglich der Anzahl spezifizierter Schreib-/Lesezyklen. Die Anwendungen umfassen den Einsatz mit einer Chipkarte, einer Multimedia-Karte, einer SD-Karte, einem USB-Laufwerk, einer Digitalkamera oder einem Mobiltelefon.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft nichtflüchtige Speicher und Anwendungen nichtflüchtiger Speicher, insbesondere als Chipkarten oder Laufwerke mit nichtflüchtigen Speichern, typisch in Smartcards, Multimedia-Karten, SD-Karten, USB-Laufwerken, Digitalkameras und Mobiltelefonen.

Flash-Speicherkarten werden für viele verschiedene Anwendungen angeboten. Für jede Anwendung wird eine bestimmte Anzahl von Schreib- und Lesezyklen spezifiziert, die zum Beispiel für die Chipkartencontroller 66P UCP mindestens 500.000 Schreib-/Löschzyklen pro Seite oder für Flash-Speicher typisch 100.000 Schreib-/Löschzyklen betragen kann. Die spezifizierte Anzahl von Zyklen wird vom Hersteller garantiert. Deshalb müssen die Speicherchips getestet und entsprechend ihrer Qualität und erwarteten Leistung selektiert werden. Die Chips, die den spezifizierten Standard nicht erreichen, müssen aussortiert werden.

Andererseits sind bestimmte Anwendungen mit Flash-Speicherkarten ausgestattet, die auch in Anwendungen verwendet werden könnten, für die eine wesentlich höhere Anzahl von Programmierzyklen spezifiziert ist. Bei anderen Anwendungen ist die Gesamtzahl von Schreib-/Lesezyklen künstlich vermindert, wie zum Beispiel bei den Einweg-Digitalkameras (single-use cameras), die nur einmal benutzt werden können. Mit Ausnahme dieser speziellen Anwendung werden einem Benutzer einer Flash-Speicherkarte keinerlei Informationen gegeben über die maximale Anzahl von Schreib-/Lesezyklen, die möglich sind, oder über eine verbleibende Anzahl von auszuführenden Schreib-/Lesezyklen, bis die Karte aufgebraucht ist. Das zufällige Vorhandensein der tatsächlichen Anzahl möglicher Schreib-/Lesezyklen von Flash-Speicherkarten ist somit einer optimalen Ausnutzung dieser Produkte hinderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen nichtflüchtigen Speicher anzugeben, der in Bezug auf die Anzahl von Schreib-/Lesezyklen besser an eine spezielle Anwendung angepasst ist, und sich besser für verschiedene Anwendungen eignet, die unterschiedliche Grade der Leistungsfähigkeit erfordern.

Der nichtflüchtige Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen Zähler, der die Anzahl durchgeführter Schreib-/Lesezyklen zählt und der in oder auf dem Speicher angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in einem Halbleiterchip integriert entweder zusammen mit einer Controller-Schaltung oder in dem Speicher. Speicherkapazität kann vorzugsweise in dem Speicher vorgesehen sein, um eine maximale Anzahl von Schreib-/Lesezyklen als Bezugswert zu speichern, wobei diese maximale Anzahl von einer geschätzten oder ermittelten Leistungsfähigkeit des Speichers abhängt. In bevorzugten Ausführungsformen kann der nichtflüchtige Speicher ein Flash-Speicher sein, der mit Betriebsweisen programmiert und gelöscht wird, die an sich bekannt sind.

Bevorzugte Ausführungsformen umfassen außerdem Schaltungen zum Anzeigen einer Information über den Status des Speichers, zum Beispiel entweder durch Anzeigen der Anzahl bereits durchgeführter Schreib-/Lesezyklen oder durch Anzeigen einer verbleibenden Anzahl von Schreib-/Lesezyklen entsprechend einer spezifizierten Gesamtzahl von Zyklen. Zu diesem Zweck kann ein Display (Anzeigevorrichtung) zusammen mit dem Spei cher auf demselben Träger integriert sein, zum Beispiel auf einer Chipkarte. Die Displays von Geräten wie Mobiltelefonen können ebenso genutzt werden, falls ihre Standardfunktion entsprechend erweitert wird. Auch können Displays von Terminals oder externen Vorrichtungen wie Chipkartenlesern genutzt werden, um den Status des Speichers anzuzeigen.

Es können zusätzliche Mittel vorgesehen sein, um eine Funktion des Speichers nach einer spezifizierten Anzahl von Schreib-/Lesezyklen zu blockieren. Diese Anzahl von Zyklen kann im Voraus entsprechend jeweiligen kommerziellen Anforderungen spezifiziert werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Preis des Speichers. Der Blockiermechanismus wird vorzugsweise mit zusätzlichen elektronischen Schaltungen realisiert, die in einer Controller-Schaltung des Speichers integriert sein können.

Es können weitere Mittel vorgesehen sein, um eine blockierte Funktion wiederherzustellen und eine weitere Anzahl von Schreib-/Lesezyklen zu ermöglichen, wie zum Beispiel nach Bezahlung einer Gebühr für die weitere Benutzung des Speichers. Auf diese Weise kann die Anwendung des Speichers an die speziellen Anforderungen des Benutzers angepasst werden. Der Speicher kann auch mit einer Mehrzahl von verschiedenen Stufen der Leistungsfähigkeit versehen sein, die aktiviert und an die Kundenwünsche angepasst werden können. Die zusätzlichen Funktionen können auch implementiert sein, zum Beispiel in der Controller-Schaltung. Das erfindungsgemäße Merkmal des integrierten Zählers bietet eine Vielzahl neuer Anwendungen.

Für den Kunden ist es von Vorteil, wenn er abhängig von der Anzahl von Schreib-/Lesezyklen, die in der jeweiligen Anwen dung ausgeführt werden können, Flash-Speicherkarten verschiedener Preisniveaus kaufen kann. Die Einnahmen der Hersteller erhöhen sich, weil die hergestellten Karten entsprechend ihrem individuellen Qualitätsniveau benutzt werden können und der Ausschuss reduziert wird. Es können programmierbare Flash-Speicherkarten mit einer expliziten Spezifikation einer unterschiedlichen Anzahl von Schreib-/Lesezyklen entsprechend der Anwendung angeboten werden. Dies ist besonders im Fall von Flash-Speicherkarten wie etwa MMC, SD-Karten und USB-Laufwerken vorteilhaft.

Der nichtflüchtige Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Form von Speicherchips angeboten werden, die durch Zyklus- und Datenerhalttests ausgewählt oder klassifiziert wurden, die im Verlauf des Standard-Herstellungsprozesses durchgeführt werden. Eine Speicherung der erwarteten maximalen Anzahl von Schreib-/Lesezyklen der Flash-Speicherchips einer jeweiligen Auswahl in dem nichtflüchtigen Speicher kann so eine Vielfalt von Speichern verschiedener spezifizierter Qualitätsniveaus oder verschiedener spezifizierter Stufen der Leistungsfähigkeit liefern. Der Kunde kann entsprechend seinen eigenen Anforderungen und Notwendigkeiten wählen und braucht nicht mehr als notwendig für den Speicher zu bezahlen, den er für seine Anwendung wählt.

Der nichtflüchtige Speicher kann in Verbindung mit Bauelementen verwendet werden, die bereits in Controller-Schaltungen von Speicherchips integriert sind und Speicherzellen detektieren, die nicht mehr verwendbar sind oder für eine Verschlechterung anfällig sind. Schaltungen in der Art von Disturb-Zählern können verwendet werden, um die Anzahl bereits durchgeführter Zyklen oder der verbleibenden Anzahl möglicher Schreib-/Lesezyklen zu registrieren und entweder auf einer Anzeige anzuzeigen, die mit dem Speicher verbunden ist, oder auf einer Anzeige eines Terminals oder einer irgendwie sonstigen externen Einrichtung, die zu der Anwendung des Speichers gehört, zum Beispiel einer Anwendung in einer Flash-Speicherkarte. Auf diese Weise wird der Benutzer immer über den Status seines nichtflüchtigen Speichers informiert und kann prüfen, wie lange oder wie oft der Speicher noch benutzbar sein wird.

Es können Schaltungen vorgesehen sein, um einen Speicher, der anfänglich mit einer Anzahl von Schreib-/Lesezyklen ausgestattet ist, die kleiner als die maximal mögliche Anzahl von Zyklen ist, wieder in Betrieb zu nehmen oder neu zu aktivieren. Nach der Bezahlung der entsprechenden Gebühr wird der Speicher in einen Betriebsmodus umgeschaltet, der eine weitere spezifizierte Anzahl von Schreib-/Lesezyklen bereitstellt, bis der Speicher wirklich und endgültig aufgebraucht ist.

Wenn eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, um die Verschlechterung der Speicherzellen zu prüfen oder um die verbleibende Lebensdauer des Speichers durch die Anzahl von Speicherzellen, die bereits aus einer Tabelle von Adressen gelöscht wurden, weil sie nicht mehr funktionieren, zu schätzen oder zu bewerten, ist auch eine kontinuierliche Aktualisierung der verbleibenden Anzahl von Schreib-/Lesezyklen möglich. Wenn der Benutzer über ein verfrühtes Ausfallen des Speicherbausteins mittels einer geeigneten Anzeige gewarnt wird, kann er den Speicher rechtzeitig gegen ein neues Exemplar auswechseln. Wenn der Speicher mit einer Blockierfunktion ausgestattet ist, bieten Anwendungen wie etwa Mobiltelefone oder das Internet die Möglichkeit, die Karte online auf Anforderung des Kunden zu aktivieren. Dieser nichtflüchtige Speicher bietet also eine Vielzahl neuer Anwendungen und eine verbesserte Benutzung neuer Medien und ermöglicht eine Anpassung der spezifizierten Anzahl von Schreib-/Lesezyklen an ein geschäftliches Abkommen.

Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des nichtflüchtigen Speichers anhand der beigefügten Figuren.
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer als Beispiel beschriebenen Flash-Speicherkarte.
Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht gemäß 1 einer zweiten Ausführungsform der Flash-Speicherkarte.
Die 3 zeigt eine Anwendung des nichtflüchtigen Speichers mit Zähler in einer Chipkarte, wobei das Display eines Chipkartenlesers verwendet wird.
Die 4 zeigt eine Anwendung des nichtflüchtigen Speichers mit Zähler in einer Chipkarte, wobei ein integriertes Display verwendet wird.
Die 5 zeigt ein Diagramm von Komponenten, die in einer typischen Anwendung des nichtflüchtigen Speichers mit Zähler eingesetzt werden.
Die 1 zeigt einen Kartenkörper 1 einer Ausführungsform einer als Beispiel beschriebenen Flash-Speicherkarte. Ein Randbereich des Kartenkörpers kann mit Kontakten 2 versehen sein, die als elektrische Verbindung der auf oder in dem Kartenkörper integrierten Schaltkreise dienen. Der nichtflüchtige Speicher umfasst aber auch Ausführungsformen, die ohne elektrische Kontakte arbeiten. Als Adressierungsperiphe rie für den nichtflüchtigen Speicher 4 ist eine Controller-Schaltung 3 vorgesehen. Bei dieser ersten Ausführungsform bildet der integrierte Zähler 5 einen Teil der Controller-Schaltung 3. Obwohl der Zähler 5 der Klarheit halber etwas von dem Bereich der Controller-Schaltung 3 abgesetzt gezeichnet ist, kann der Zähler 5 voll in den Chip der Controller-Schaltung integriert sein.
Die 2 zeigt die Draufsicht gemäß 1 für eine weitere Ausführungsform, bei der der Zähler 5 als Teil des nichtflüchtigen Speichers 4 integriert ist. In beiden Ausführungsformen kann außerdem eine Anzeige der Anzahl von Schreib-/Lesezyklen auf dem Kartenkörper 1 integriert sein. Statt dessen kann der Zähler 5 gelesen und die gespeicherte Information auf sonstigen externen Geräten, die über die elektrischen Kontakte angeschlossen werden können, angezeigt werden. Obwohl der in den Figuren gezeigte Kartenkörper 1 in beiden Ausführungsformen eine ähnliche Form aufweist, versteht sich, dass der Kartenkörper eine beliebige Form aufweisen kann, die für die jeweilige Anwendung der Flash-Speicherkarte geeignet ist. Das in den Figuren dargestellte Format der Karte ist nur ein Beispiel.
Die 3 zeigt eine Anordnung einer Chipkarte 8, die das Display 6 eines Chipkartenlesers 7 nutzt; das ist ein Beispiel einer Anwendung des nichtflüchtigen Speichers mit Zähler. Die Anordnung des Chips 9 und der Kontakte 2 ist nur als illustratives Beispiel dargestellt und kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen variieren. Das Display 6 kann ein Standardbauelement sein, das geeignet ist, in dem Chip 9 gespeicherte Information auszulesen. Ein solches Display wird hier zusätzlich verwendet, um den aktuellen Status des Speichers anzuzeigen, der in der Chipkarte integriert ist und mit einem Zähler versehen ist, um die bereits ausgeführten Schreib-/Lesezyklen zu registrieren.
Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Integration des Speichers mit Zähler in einer Chipkarte 8, die in diesem Ausführungsbeispiel ein eigenes Display 6 aufweist. Das Display kann ein Standardbauelement sein, das dafür vorgesehen ist, in dem Chip 9 gespeicherte Information auszulesen; oder das Display kann zum alleinigen Zweck integriert sein, die Anzahl bereits ausgeführter oder noch verbleibender Schreib-/Lesezyklen anzuzeigen.
Die 5 zeigt ein Diagramm des Zusammenwirkens von Komponenten, die in Beispielanwendungen des nichtflüchtigen Speichers mit Zähler verwendet werden. Eine typische Anwendung des nichtflüchtigen Speichers in einer Chipkarte oder Flash-Speicherkarte umfasst die folgenden Schritte: Der Lesezähler 5, der in dem Kartenkörper 1 integriert ist, wird auf einen vorgegebenen maximalen Wert gesetzt, zum Beispiel 500.000 Zyklen. Während Herstellungstests wird eine so genannte Bad-Block-Management-Schaltung der Controller-Schaltung eingesetzt. Informationsbits des Bad-Block-Managements oder Disturb-Zählers werden von dem Lesezähler ausgelesen, der die Anzahl der mit dem integrierten nichtflüchtigen Speicher 4 gemäß dem Testergebnis möglichen Programmierzyklen herabzählt. Nach dem Herstellungstest können die Karten entsprechend der von dem Lesezähler erfassten Anzahl von Lesezyklen aussortiert werden. Während des Betriebs der Karte in einem Mobiltelefon, einer Digitalkamera oder einem ähnlichen Gerät wird die Anzahl möglicher Schreib-/Lesezyklen in derselben Weise wie während des Herstellungstests ermittelt. Somit kann der Benutzer über die restliche Lebensdauer der Karte auf dem Display 6 informiert werden; in diesem Beispiel wird angenom men, dass das Display gesondert zur Verfügung gestellt wird. Die Restlebensdauer kann zum Beispiel errechnet werden, indem die gezählte Anzahl von Lesezyklen durch die Anzahl von Lesezyklen geteilt wird, die typischerweise für eine betreffende Anwendung, zum Beispiel das Aufbewahren von Fotos, spezifiert ist. Wenn die Lebensdauer der Karte unter einen kritischen Wert gesunken ist, wird der Benutzer vielleicht den Wunsch haben, den Speicherinhalt in einem zusätzlichen Speicher 10 abzuspeichern. Eine ähnliche Vorgehensweise ist vorteilhaft bei Chipkarten 8, die mit einem Chip 9 mit einem nichtflüchtigen Speicher mit Zähler versehen sind.

1: Kartenkörper
2: Kontakt
3: Controller-Schaltung
4: nichtflüchtiger Speicher
5: Zähler
6: Display
7: Chipkartenleser
8: Chipkarte
9: Chip
10: zusätzlicher Speicher

Claims

Nichtflüchtiger Speicher mit einem Zähler (5), der mit dem nichtflüchtigen Speicher (4) verbunden oder mit dem nichtflüchtigen Speicher (4) in einer Vorrichtung integriert ist und der dafür vorgesehen ist, die Anzahl der Schreib-/Lesezyklen zu registrieren.
Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1 mit einem Display (6), das mit dem Zähler (5) verbunden ist und das dafür vorgesehen ist, die Anzahl bereits ausgeführter Schreib-/Lesezyklen und/oder eine verbleibende Anzahl von Schreib-/Lesezyklen gemäß einer vorgegebenen Gesamtzahl von Schreib-/Lesezyklen anzuzeigen.
Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Schaltung, die dafür vorgesehen ist, eine Funktion oder Anwendung des Speichers nach einer vorgegebenen Anzahl von Schreib-/Lesezyklen zu sperren oder zu blockieren.
Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 3, bei dem die Schaltung dafür vorgesehen ist, eine gesperrte oder blockierte Funktion oder Anwendung für eine weitere vorgegebene Gesamtzahl von Schreib-/Lesezyklen erneut verfügbar zu machen.
Nichtflüchtiger Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Schaltung dafür vorgesehen ist, den Speicher auf eine Verschlechterung von Speicherzellen zu kontrollieren und die registrierte Anzahl verbleibender Schreib-/Lesezyklen entsprechend zu korrigieren.
Nichtflüchtiger Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Gesamtzahl von Schreib-/Lesezyklen gemäß einer geschätzten oder ermittelten Leistungsfähigkeit des Speichers als Bezugswert gespeichert ist.
Nichtflüchtiger Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Verbindung mit einer Chipkarte, bei dem ein Kartenkörper (1) vorhanden ist, eine Controller-Schaltung (3) in oder auf dem Kartenkörper vorhanden ist, der nichtflüchtige Speicher (4) in oder auf dem Kartenkörper angeordnet ist und durch die Controller-Schaltung (3) angesteuert wird, ein Zähler (5) mit der Controller-Schaltung (3) oder mit dem Speicher (4) integriert ist und der Zähler dafür vorgesehen ist, eine Anzahl von ausgeführten Schreib-/Lesezyklen zu registrieren.
Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 7, bei dem ein Display (6) auf dem Kartenkörper (1) vorhanden ist und das Display dafür vorgesehen ist, die Anzahl bereits durchgeführter Schreib-/Lesezyklen und/oder eine verbleibende Anzahl von Schreib-/Lesezyklen gemäß einer spezifizierten Gesamtzahl von Schreib-/Lesezyklen anzuzeigen.
Nichtflüchtiger Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der für eine Anwendung in Verbindung mit einer Chipkarte, einer Multimedia-Karte, einer SD-Karte, einem USB-Laufwerk, einer Digitalkamera oder einem Mobiltelefon vorgesehen ist.