Die Bezeichnung EEPROM steht für “Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory“ was auf Deutsch so viel heißt wie “Elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher“. Der EEPROM Speicherchip wird auch E²PROM genannt und ist nicht mit dem EPROM “Erasable Programmable Read-Only Memory“ zu verwechseln, auch wenn er mit diesem zusammenarbeiten kann und zu diesem kompatibel ist. Im Vergleich zum EPROM Speicherchip der durch UV-Licht löschbar und anschließend wiederbeschreibbar ist, ist der EEPROM Speicherchip elektronisch löschbar.

EEPROM gehört zur Klasse der nichtflüchtigen Speicher (NVM). Obwohl der Begriff “Read-Only“ historisch ist, lassen sich Zellen gezielt programmieren und elektronisch löschen. Das macht den Baustein ideal für Konfigurationsdaten, Kalibrierungswerte, Seriennummern und andere Parameter, die über das Ausschalten hinaus erhalten bleiben müssen.

Der EEPROM Speicherchip kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn kleinere Datenmengen ohne eine gewährleistete Versorgungsspannung unabhängig von Stromnetzen gespeichert werden sollen. Der EEPROM Chip kommt beispielsweise in Telefonen als Rufnummernspeicher und in Computersystemen als BIOS-Speicher zum Einsatz und wird hier neben EPROM- und Flashspeicherchips eingesetzt. Der EEPROM Speicherchip ist ein elektronischer, nicht flüchtiger Speicherbaustein, der ohne eine Stromversorgung kleinere Datenmengen speichern kann.

• Typische Einsatzinhalte: Geräte-IDs, MAC-Adressen, Lizenzschlüssel, Sensorkalibrierung, Setup-Parameter, Fehlerspeicher, Nutzerprofile.
• Anbindung: Häufig seriell über I²C/SMBus, SPI oder Microwire; parallel seltener.
• Kapazitäten: Von wenigen Bytes bis in den Megabit-Bereich (z. B. 1 Kbit–8 Mbit), optimiert für kleine, gezielte Schreibvorgänge.

Aufbau der EEPROM Speicherchips

Ein Speicherchip auf Basis von EEPROM besteht aus einer ganzen Matrix von Feldeffekttransistoren, die zusätzlich über ein sogenanntes “Floating Gate“ verfügen, das in diesem Zusammenhang auch oft als isoliertes Steuerelement oder isolierter Steueranschluss bezeichnet wird. Jeder dieser Feldeffekttransistoren repräsentiert in diesem Zusammenhang eine Bit-Einheit der auf dem EEPROM gespeicherten Speicherinformationen. Diese Speicherinformationen können auf einem EEPROM elektronisch gelöscht werden und sind anschließend wieder in der Lage, neu beschrieben zu werden.

Funktionsprinzip: Beim Programmieren werden Elektronen mittels Fowler–Nordheim-Tunneln oder heißen Ladungsträgern in das Floating Gate injiziert und verändern die Schwellspannung des Transistors. Beim Löschen werden die Elektronen wieder entfernt. Der logische Zustand (“0“/“1“) wird über die resultierende Schwellspannung ausgelesen. Die Zellen sind durch ein Oxid elektrisch isoliert, wodurch die Datenerhaltung über Jahre möglich wird.

• Organisation: Byte- oder Wortzugriffe; moderne Chips unterstützen “Page Write“ (z. B. 8–128 Byte pro Seite) für schnellere Schreibvorgänge.
• Schutzmechanismen: Schreibschutz-Pins oder -Befehle, Blockschutz, Fehlerkorrektur (teils einfache ECC), Brown-out-Protection beim Schreiben.

Die Feldeffekttransistoren und die sich darauf befindenden Bits werden also mit Speicherinformationen beschrieben und können jederzeit elektronisch gelöscht werden. Bei den nahen Verwandten des EEPROM Speicherchips dem EPROM verhält es sich ein wenig anders. Hier müssen die Informationen auf den Feldeffekttransistoren und die Bit-Einheiten mittels UV-Licht gelöscht werden, bevor der Speicherbaustein wieder beschreibbar ist. Aus diesem Grund besitzen diese EPROM Bausteine ein kleines Fenster aus Acryl-Glas, wodurch die Daten mittels UV-Licht im Bedarfsfall gelöscht werden können.

Das UV-Fenster erlaubt ein flächiges Löschen des gesamten EPROM-Inhalts. Der Löschvorgang kann je nach Baustein und UV-Lichtquelle typischerweise 10–30 Minuten dauern; dabei ist eine korrekte Dosis wichtig, um Über- oder Unterbelichtung zu vermeiden.

Sowohl auf EEPROM- als auch auf EPROM-Speicherbausteinen ist der Schreibzugriff auf 10.000 bis maximal 1.000.000 Schreibzugriffe und Zyklen begrenzt. Die Lesezugriffe hingegen besitzen keine Obergrenze und können beliebig oft ausgeführt werden. Ein kompletter Löschvorgang kann auf einem EEPROM Chip bis zu 30 Minuten erfordern, ist jedoch stark abhängig von der Menge an Informationen, die auf dem EEPROM Chip gespeichert sind.

Aktualisierung: Moderne serielle EEPROMs benötigen pro Byte/Seite typischerweise nur ca. 2–10 ms zum Schreiben und wenige Mikrosekunden zum Lesen. Ein vollständiges Löschen geschieht implizit beim Überschreiben der Zelle; ein expliziter “Chip-Erase“ (falls vorhanden) dauert meist Sekunden, nicht mehr Dutzende Minuten. Datenerhalt liegt oft bei 10–40 Jahren (bei 25 °C); erhöhte Temperaturen verkürzen die Retentionszeit.

Einsatzgebiete des EEPROM

Da EEPROM Speicherchips Informationen auf gänzlich ohne Stromversorgung speichern können, eignen sie sich vor allem dafür Produktdetails, Konfigurationsdaten und Informationen zu speichern, die auch unabhängig von der Stromversorgung hinterlegt werden müssen. Neben dem bereits erwähnten Einsatz in Telefongeräten als Rufnummernspeicher und als Datenspeicher für das Computer-BIOS, wird die EEPROM Speichertechnologie vor allem auf anderen Speichermedien eingesetzt, um Konfigurationsdaten und Informationen über den Speicherbaustein zu hinterlegen. So kommt EEPROM Speicher beispielsweise auch heute noch auf vielen Arbeitsspeichermodulen (RAM) zum Einsatz und hinterlegt auf diesen wichtige Informationen wie erforderliche Betriebsspannung, Taktfrequenz und Speichergröße.

• Industrie/Automotive: Steuergeräte (ECUs), Motorsteuerungen, Messgeräte, Smart Meter – Speicherung von Kalibrierung, Lebensdauerzählern und Ereignisprotokollen.
• Consumer/Embedded: Mikrokontroller-basierte Geräte (Hausautomation, IoT-Sensoren), Drucker, Router – Parameter, Pairing-Informationen, Regionseinstellungen.
• Sicherheit: Einmalige IDs, Schlüsselmaterial (mit zusätzlichen Schutzmechanismen), Zählerstände und Authentifizierungsdaten.

Vor allem in SDRAM Speicherbausteinen kommen EEPROM Chips zum Einsatz, um die eben genannten Informationen zu hinterlegen, die im Anschluss vom Computersystem ausgelesen werden können. Auch auf aktuellen DDR2- und DDR3-Speichermodulen kommen EEPROM Chips noch vereinzelt zum Einsatz und finden sich somit auch auf aktuellen Mainboard (Motherboards) wieder. Im Bereich der modernen Computerindustrie für Heim-, Business- und Enterpriseanwender wird der traditionelle EEPROM Chip und sein naher Verwandter der EPROM Chip aber immer mehr von Chipsätzen und Speicherbausteinen auf Basis von Flash Technologie abgelöst.

Aktueller Stand (Erweiterung): Auch DDR4- und DDR5-Module besitzen weiterhin ein “SPD-EEPROM“ zur Speicherung von Modulparametern (Timing, Größe, Herstellerdaten). Bei DDR5 wird dies durch einen SPD-Hub und ergänzende Management-Bausteine organisiert; das Prinzip eines kleinen, seriell auslesbaren Konfigurationsspeichers bleibt erhalten.

Zwar können auch bei EEPROM- und EPROM-Speicherchips die Daten direkt vom Hauptprozessor (CPU) ausgelesen werden, allerdings verfügt der Flashspeicherchip über geringere Zugriffzeiten (0,1 ns) im Vergleich zu EEPROM oder EPROM basierten Technologien (10 ns) und kann somit die Informationen schneller und fast ohne Reaktionszeit an den Prozessor weitergeben.

Präzisierung und Vergleich zu Flash: In der Praxis bieten NOR-/NAND-Flash sehr hohe Lesedurchsätze und große Kapazitäten; Schreiben erfordert jedoch Blocklöschungen (Erase), was komplexer ist. EEPROM erlaubt feingranulare Byte-/Seiten-Schreibzugriffe ohne vorheriges Block-Erase und ist dadurch für häufige, kleine Updates robuster. Flash erreicht höhere sequentielle Transferraten; EEPROM punktet bei gezielten, kleinen und wiederholten Aktualisierungen. Typische Ausdauer: EEPROM bis 1.000.000 Zyklen pro Zelle, Flash meist darunter.

One Time Programmable (OTP)

Mit dem OTP-EEPROM Chip befindet sich noch eine weitere spezielle Variante des EEPROM auf dem Markt, die es durch spezielle Schutzmechanismen ermöglicht, den EEPROM Chip nur einmalig zu beschreiben und im Anschluss auch nicht mehr zu löschen. Diese spezielle Variante des EEPROM Chipsatzes kommt vor allem in Umgebungen zum Einsatz, wo Datensätze nicht ersetzt werden können und somit sehr sensibel sind. EEPROM Speicherbaustein die in der OTP-Technologie produziert wurden, kommen vor allem im medizinischen Bereich und in der Forschung zum Einsatz und überall dort, wo auf eine höhere Datensicherheit Wert gelegt wird.

• Technik: Umsetzung u. a. via Antifuse-/Fuse-Elementen oder permanent gesetzten Schutzbits; nach dem Programmieren sind Änderungen physikalisch verhindert.
• Anwendungsfälle: Seriennummern, Kalibrier-“Golden Values“, Sicherheitsprofile, Gerätezertifikate.
• Vorteile: Hohe Manipulationssicherheit, definierter, unveränderlicher Zustand für Audits und Zulassungen.

Zukunft

Nachdem der EEPROM Chip seinen nahen Verwandten den EPROM Chip so gut wie ganz vom Markt verdrängen konnte, ereilt ihn jetzt mit und mit das gleiche Schicksal. Für eine Übergangsphase wird der EEPROM Chip sicherlich noch auf dem Markt vertreten sein und wird auch weiterhin von den großen Firmen wie Mitsubishi, Hitachi, Samsung Electronics und Infineon unterstützt. Über einen längeren Zeitraum aber wir der EEPROM Chip mehr und mehr durch fortschrittlichere Flash-EEPROM Chipsätze auf Basis der Flash Technologie abgelöst.

Die kürzeren Zugriffszeiten und der höhere Datendurchsatz sprechen hier eine deutliche Sprache und werden mit der Zeit dem Flash-EEPROM den Vorzug geben. Für kleinere Anwendungsgebiete wie Nummernspeicher in Telefonen und BIOS-Dateien in Computersystemen ist der EEPROM Speicher nach wie vor sehr gut geeignet und wird sich noch eine ganze Weile am Markt halten können.

Weiterentwicklung (aktualisiert): In modernen Systemen ersetzt UEFI zunehmend das klassische BIOS, dennoch bleibt ein nichtflüchtiger Konfigurationsspeicher erforderlich – häufig weiterhin ein serielles EEPROM. Parallel entstehen Alternativen wie FRAM, MRAM, ReRAM und FeFET-basierte Speicher mit sehr schneller Schreibgeschwindigkeit und hoher Ausdauer. Dennoch bleibt EEPROM wegen seiner Reife, Verfügbarkeit, weiten Temperaturbereiche (z. B. Automotive AEC‑Q100) und einfachen Integration langfristig relevant, besonders für kleine, verlässliche Datenmengen.

Häufige Fragen und Antworten