FeRAM: Innovative Alternative zu EEPROM

FeRAM verbraucht beim Schreiben und Löschen weniger Energie als viele andere nicht-flüchtige Speichertechnologien. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, dass FeRAM die Möglichkeit bietet, einzelne Bits unabhängig voneinander zu schreiben, während andere Technologien in der Regel ganze Blöcke (oder Seiten) schreiben. Bei diesen Technologien werden Daten zunächst gesammelt und dann in Blöcken zyklisch geschrieben, um den Stromverbrauch zu minimieren. Der Prozess des Aufweckens (wakeup) und Schreibens eines ganzen Blocks kann relativ langsam sein und daher mehr Energie verbrauchen. Im Vergleich dazu kann FeRAM einzelne Bits im Speicher ablegen, ohne den Aufwand des Blockschreibens, was zu einem schnelleren Schreibprozess und einem geringeren Energieverbrauch führt.

Dieser Unterschied ermöglicht es FeRAM, mit niedrigerem Energieverbrauch häufiger zu schreiben, da es nicht auf den Aufweckprozess und die Blockschreiboperation warten muss. Die Möglichkeit, einzelne Bits zu schreiben, ist eine der Stärken von FeRAM und trägt zu seiner Effizienz und niedrigen Energieanforderungen bei.

FeRAM bietet eine extrem hohe Anzahl von Schreib- und Löschzyklen (bis zu 1013 oder mehr) im Vergleich zu bspw. Flash-Speichern oder EEPROM (typischerweise 103 bis 106). Daraus resultiert eine höhere Lebensdauer des FeRAM. Dies macht ihn ideal für Anwendungen, die häufige Schreibvorgänge erfordern.

Im Gegensatz zu einigen magnetoresistiven Speichertechnologien wie MRAM ist FeRAM gegenüber magnetischen Feldern unempfindlich. Das bedeutet, dass die in FeRAM gespeicherten Informationen bei Exposition gegenüber Magnetfeldern nicht verloren gehen oder beschädigt werden. Insbesondere der medizinische Bereich schätzt am FeRAM zudem seine Immunität gegenüber Röntgen-Strahlung (x-Ray Immunity).

FeRAM verwendet ferroelektrische Materialien (z. B. PZT - Blei-Zirkonat-Titanat) für seine Speicherzellen. Diese Materialien können ihre Polarisation ändern, um Informationen zu speichern, und behalten ihren Zustand auch bei, wenn die Stromversorgung abgeschaltet wird. Mehr dazu finden Sie im Abschnitt “Funktionsweise des FeRAM”.

FeRAM eignet sich gut für industrielle Steuerungssysteme, da er schnell und zuverlässig Daten speichern kann, selbst bei plötzlichen Stromausfällen oder anderen Störungen. Dies trägt zur Verbesserung der Systemleistung und -stabilität bei.

Die Eigenschaften von FeRAM machen es zu einer attraktiven Wahl für zahlreiche Messgeräte, darunter bspw. Wasserzähler. Diese müssen oft aus regulatorischen Gründen über mehrere Jahre hinweg wartungsfrei funktionieren, was bedeutet, dass sie auch ohne Batteriewechsel zuverlässig arbeiten müssen. Hier erweisen sich der geringe Stromverbrauch und die hohe Anzahl an Schreibzyklen, die FeRAM bietet, als besonders vorteilhaft. Zudem erfasst FeRAM in Smart-Meter-Anwendungen große Mengen an Daten, wie zum Beispiel Informationen über den Energieverbrauch. In diesem Kontext ist auch die vergleichsweise hohe Schreibgeschwindigkeit von FeRAM ein wichtiger Faktor.

FeRAM ist oft die bevorzugte Wahl für Anwendungen, bei denen sichergestellt werden muss, dass die letzte Information vor einem unerwarteten Abschalten erhalten bleibt. Dies ist zum Beispiel bei Airbags in Autos oder bei den sogenannten Black Boxes (Flugschreibern) in Flugzeugen der Fall. Die nichtflüchtige Natur des FeRAM bedeutet, dass Daten auch ohne Stromzufuhr gespeichert bleiben, was ihn ideal für solche kritischen Anwendungen macht. Auch wenn es alternative nichtflüchtige Speicherlösungen gibt, bietet FeRAM zusätzliche Vorteile wie eine hohe Schreibgeschwindigkeit und eine große Anzahl an Schreibzyklen, die ihn häufig zur besten Wahl für diese Anwendungen machen.

Im medizinischen Bereich ist FeRAM aufgrund seiner Eigenschaften, einschließlich seiner Immunität gegenüber Röntgenstrahlung, vorteilhaft und bereits häufig im Einsatz. Medizinische Geräte wie Herzschrittmacher und Insulinpumpen nutzen FeRAM, um kritische Patientendaten und Geräteeinstellungen zu speichern. Dabei können die schnellen Schreibgeschwindigkeiten und die lange Lebensdauer von FeRAM die sichere und zuverlässige Speicherung dieser Informationen unterstützen. Darüber hinaus könnten Geräte, die Energy Harvesting verwenden - also ohne Hilfsenergie betrieben werden - vom geringen Energieverbrauch des FeRAM profitieren. Diese Geräte könnten Energie aus Quellen wie Bewegung oder Körpertemperatur gewinnen, und der niedrige Energiebedarf von FeRAM könnte dazu beitragen, dass diese Energie ausreicht, um das Gerät zu betreiben.