EEPROM|電気的消去・書き込み可能な不揮発性メモリ

EEPROM

EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)は、電気的にデータの書き込み・消去が可能な不揮発性メモリであり、電源を切っても記憶内容を保持する特性を有する。ROMの一種でありながら、UV光を必要とするEPROMに比べて圧倒的に柔軟な更新が可能となり、主にシステム設定情報や小容量データの保存先として利用されてきた。近年のフラッシュメモリ技術登場以前は、有限回数ながら電気的に簡易消去・再書き込みが可能なメモリとして、BIOSや各種電子機器の設定保存領域に広く採用されていた。書き込みは通常、バイトまたはワード単位で行え、書き込み動作に相対的に長い時間がかかるが、その柔軟性ゆえにシステム設計の自由度向上やメンテナンス性向上に寄与した。

基本構造と動作原理

EEPROMセルはフローティングゲートMOSトランジスタを用いて情報を記憶する。フローティングゲートに電子を注入または取り除くことで、しきい値電圧を変化させ、論理値「0」や「1」を表現する。書き込み時には高電界を印加して電子トンネリングを誘起し、消去時には逆極性をかけて電子を取り除くことで、メモリビットが初期状態に戻る。これら動作は全て電気的に行われ、独立したセル単位で書き換え可能なことがEPROMの特徴である。

ブロック消去とバイト書き込み

EPROMの多くは、ブロック全体を消去する必要なく、単独のバイト(またはワード)単位でデータを書き換え可能である。これにより、小規模な設定情報やパラメータの更新において、フラッシュメモリのような大規模なブロック再書き込みを避け、必要な箇所だけ効率的に更新できる。一方で書き込み速度は遅く、耐久性(書き込み可能回数)は有限であるため、大容量ストレージ用途よりも頻繁な小規模アップデート向きといえる。

用途と応用分野

EPROMは、主にマイコンシステムのファームウェア設定情報保持、シリアル番号やキャリブレーションデータ、暗号鍵格納などの用途で利用される。また、BIOS ROMとしてPCマザーボード上に実装され、システムブートに必要なファームウェアを保持することも多い。これらの応用において、電源断後も情報保持が可能な不揮発性特性と、柔軟な書き換え機能が、システムの信頼性・メンテナンス性向上に寄与している。

信頼性と耐久性

EPROMは有限回の書き込みサイクル(10万〜100万回程度)で特性劣化が進行する。そのため、設計時には書き込み頻度や分散書き込み(ウェアレベリング)技術を考慮し、過度な書き込み集中を避ける戦略が求められる。また、温度や電圧条件も耐久性に影響するため、指定された動作条件範囲で使用することが肝要である。

フラッシュメモリとの比較

EPROMはバイト単位での書き換えが可能で、フラッシュメモリに比べて細かい管理が行いやすい反面、容量あたりコストや書き込み速度、耐久性の面で劣る場合が多い。フラッシュメモリは大容量・低コストストレージとして普及し、EPROMはより小規模かつ高頻度なパラメータ保存に特化した領域で生き残っている。これら2種類のメモリを組み合わせることで、システムは効率的な記憶階層を構築できる。

将来展望

フラッシュメモリMRAMReRAMなどの新興不揮発性メモリが台頭する中、EPROMはニッチながらも堅実な地位を維持している。超低消費電力化やより高い耐久性を目指した技術進歩が進められ、新規半導体プロセスや微細化技術との組み合わせによって、組み込みデバイスやIoT機器での利用が継続する見込みである。このように、EPROMは不揮発性メモリファミリの一角として、システム設計者に確かな選択肢を提供し続けている。

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