auffrischbar

In der Elektronik bezeichnet auffrischbar einen Arbeitsspeicher, der gespeicherte Daten verliert, wenn sein Inhalt nicht kontinuierlich neu geschrieben wird. Das häufigste Beispiel ist DRAM (Dynamic Random-Access Memory), wobei jedes Bit als Ladung in einem Kondensator gespeichert wird. Anders als Static RAM, das Daten speichert, solange die Stromversorgung aktiv ist, verlieren DRAM-Kondensatoren ihre Ladung mit der Zeit, typischerweise innerhalb von Millisekunden. Um die Daten zu erhalten, muss eine Auffrischungsschaltung regelmäßig jede Zelle auslesen und neu schreiben, bevor die Ladung unter die für zuverlässige Erkennung notwendige Schwelle fällt.

Auffrischungszyklen laufen automatisch und für den Benutzer transparent ab. Ein eigener Controller durchsucht Speicherreihen in Intervallen, die durch die Auffrischungsrate des Geräts vorgegeben sind, normalerweise angegeben als Anzahl der pro Sekunde erforderlichen Auffrischungen über das gesamte Speicherfeld. Ein 16-Millisekunden-Auffrischungsintervall bei einem 8-Megabit-DRAM bedeutet beispielsweise, dass das gesamte Feld ungefähr alle 16 ms durchlaufen werden muss. Moderne DRAM-Auffrischungsraten reichen je nach Technologieknoten und spezifizierter Haltezeit von 7,8 Mikrosekunden bis zu mehreren Millisekunden pro Reihe. Während eines Auffrischungszyklus blockiert der Speicherkontroller kurzzeitig Lese- und Schreibzugriffe, was zu kleinen Latenzspitzen führt.

Der Vorteil von auffrischbarem Speicher liegt in der Dichte und den Kosten. Da DRAM Ladung speichert, anstatt Logikzustände von Transistoren zu halten, benötigt es nur einen Transistor und einen Kondensator pro Bit, was es pro Speichereinheit deutlich dichter und billiger macht als Static RAM. Dieser Kompromiss zwischen Auffrischungsaufwand und Dichte ist der Grund, warum DRAM den Hauptspeicher dominiert. Moderne CPUs und Controller handhaben die Auffrischung transparent, aber in älteren Systemen oder spezialisierten Anwendungen musste die Auffrischungssteuerung manuell verwaltet werden.

Temperatur und Prozessvariationen beeinflussen die Auffrischungsanforderungen. Höhere Temperaturen erhöhen den Leckstrom und verkürzen sichere Intervalle zwischen Auffrischungen. Prozessvariationen über einen Wafer hinweg erzeugen Zellen mit unterschiedlichen Speichereigenschaften, deshalb müssen Auffrischungsraten die schwächsten Zellen berücksichtigen. Darum enthalten DRAM-Spezifikationen ein maximal zulässiges Auffrischungsintervall; wird es überschritten, wird Datenverlust wahrscheinlich. Einige Enterprise- und Automotive-Grade-DRAMs bieten verlängerte Speicherdauer, um die Auffrischungshäufigkeit zu reduzieren und dabei Stromverbrauch gegen Dichte abzuwägen.

Der Begriff auffrischbar erscheint auch in anderen Zusammenhängen: Auffrischbare Braille-Displays verwenden Elektromagnete zum Heben und Senken von Stiften zum taktilem Lesen, und manche Displays oder Sensoren erfordern regelmäßige Kalibrierung oder Datenauffrischung. Im Speicherkontext bezeichnet auffrischbar jedoch speziell die regelmäßige Umschreibungsanforderung des ladungsgestützten Speichers. Das Verständnis von Auffrischungsbeschränkungen ist wichtig beim Arbeiten mit Speicherstrombudgets, latenzsensitiven Systemen oder Geräten, die bei extremen Temperaturen betrieben werden, wo sich Auffrischungsintervalle noch weiter verkürzen.