NAND Flashin sisäinen rakenne

Vuonna 1965, kun W. Shockley, W. Brattain ja J. Bardeen keksivät kaksinapaisen putken, Intelin toinen perustaja Gordon Moore löysi tällaisen säännön: kun hinta pysyy ennallaan, energian määrä, joka voidaan saada integroitu piiriin Transistorien määrä kaksinkertaistuu noin joka vuosi, ja myös suorituskyky kaksinkertaistuu. Itse asiassa integroidun piirin transistorien määrä kaksinkertaistuu noin 18 kuukauden välein seuraavien muutaman vuoden aikana. Esimerkiksi 18 kuukauden aikana Pentium 1.3:n ja Pentium 4:n välillä transistorien määrä pinta-alayksikköä kohti kasvoi 28 miljoonasta 55 miljoonaan.

Nykyään tavallisen pöytätietokoneen prosessorin toimintataajuus lasketaan gigahertseinä ja muistiin tallennettava kapasiteettitiedot teratavuina (TB). Tätä transistorien määrän kasvua pinta-alayksikköä kohti kuvaa esimerkiksi muisti, joka myös sattuu olemaan avainkomponentti elektronisissa järjestelmissä.

Puolijohdemuisti voidaan jakaa kahteen pääosaan: RAM (Random Access Memories) ja ROM (Read Only Memories): RAM katoaa, kun virta katkaistaan, kun taas ROM säilyttää sen. Toinen muistityyppi, NVM (Non-Volatile Memories), on edellä mainittujen kahden tyypin välissä. Sen sisältöä voidaan muokata, eivätkä tiedot katoa sähkökatkon jälkeen. Tämä on joustavampaa kuin pelkkä ROM, koska ROMin sisällön on kirjoittanut valmistaja, eikä asiakas voi muokata sitä.

Non-volatile Memoriesin historia alkoi 1970-luvulla, ja ensimmäinen NVM oli EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), siitä lähtien 1990-luvulle asti NVM:stä on vähitellen tullut yksi puolijohdeperheen tärkeimmistä jäsenistä, ja siihen on kiinnitetty enemmän huomiota. on maksettu uusien teknologioiden kehittämiseen edistämään NVM:n etenemistä enemmän kuin siitä saatavaa taloudellista hyötyä.

1990-luvulta lähtien, kun puolijohdemuisti on tullut digitaalisiin päätetuotteisiin, kuten matkapuhelimiin, kämmentietokoneisiin ja videokameroihin, nämä markkinat ovat olleet nopeassa kasvussa tähän päivään asti.

Suosituin Flash-muistin tallennusmenetelmä perustuu teknologiaan nimeltä Floating Gate (FG). Voit viitata seuraavaan poikkileikkauskaavioon. MOS-putki koostuu kahdesta päällekkäisestä portista: ensimmäinen on kokonaan oksidien ympäröimä; kun taas toinen on kytketty ulkopuolelle. Tämä yksittäinen ovi vastaa elektronisen eristysvyön muodostamista, mikä varmistaa sen, että elektronit (data) säilyvät siinä useita vuosia. Tämän eristetyn osan lataus- ja purkuprosessia kutsutaan ohjelmoimiseksi ja poistamiseksi. Latauksen ja purkamisen vuoksi eristetyn osan sisällä oleva potentiaali V. muuttuu; tämä on tyypillisen MOS-putken toimintaperiaate. Kun syötämme jännitettä muistikennoon, voimme erottaa kaksi tapausta: kun käyttämämme jännite on korkeampi kuin Vth, se tunnistetaan "1", muuten se tunnistetaan "0".

NAND-muistisolun rakenne

Array

Muistin tallennusyksiköt on järjestetty matriisin muotoon, koska tämä organisaatio voi tehokkaasti vähentää muistin viemää tilaa. Näen eron NAND:n ja NOR Flashin välillä katsomalla muistisolujen järjestystä. Esittelemme nyt NANDin, koska NAND on tällä hetkellä eniten käytetty muisti.

NAND-arkkitehtuurissa muistisolut järjestetään sarjaan 32 tai 64 välein kuvan 2.2 mukaisesti. Kaksi valittavaa transistoria (tämän transistorin kaksi ulkoista nastaa ovat DSL/Mdl [kytketty BL:hen] tai SSL/Msl [kytketty SL:ään]) on sijoitettu kunkin muistisolujonon (32 tai 64) molempiin päihin, jotta tämä varmistaa. yhteys lähdelinjaan (Msl:n kautta) ja bittilinjaan (Mdl:n kautta). Jokaisella NAND-muistisolujonolla on bittirivi, jota käytetään yhteyden muodostamiseen muihin merkkijonoihin. Ohjausportteja käytetään sanarivien (WL) yhdistämiseen.

Loogiset sivut ovat osa, jota hallitsee samalla sanarivillä ohjattu tallennusyksikkö. Kunkin sanarivin ohjaama sivumäärä on suhteessa tallennusyksikön kapasiteettiin. Tallennusyksikön tallennustason perusteella Flash-muisti voidaan jakaa eri luokkiin: SLC (yksi tallennusyksikkö 1 bittiä), MLS (yksi tallennusyksikkö 2 bittiä), 8LC (yksi tallennusyksikkö 3 bittiä), 16LC (yksi tallennusyksikkö 4 bittiä) .

Jos tarkastellaan SLC:n lomittelutapausta, parittomat ja parilliset luvut muodostavat vastaavasti eri sivut. Esimerkki on: SLC-sanarivillä, jonka sivukoko on 4 kt (4096 * 8=32768 bittiä), on 65536 muistipaikkaa.

Tietenkin, jos se on MLC, sivuja on 4, ja jokaisessa muistisolusarjassa on yksi LSB (Least Significant Bit) ja yksi MSB (Most Significant Bit). Siksi siellä on:

- Parillisten bittirivien MSB- ja LSB-sivut

- Parittomien bittilivien MSB- ja LSB-sivut

Kaikki saman sanarivin NAND-muistisolujen merkkijonot pyyhitään pois yhdessä, jolloin muodostuu lohko (blcok), jos 2.2:ssa on kaksi lohkoa, käytetään samaa väylää, yksi Lohko koostuu WL0<63:0>ja toinen on WL1<63:0>.

NAND Flashin muistisolurakenne on matriisi. Lisäpiirejä tarvitaan NAND-lukemiseen, kirjoittamiseen ja poistamiseen. Koska jokainen NAND-suulake on pakattava, sopiva asetetaan suunnitteluvaiheessa. On tärkeää mitoittaa ja rakentaa ympäröivä elektroniikka. Esimerkiksi NAND Flashin jokaisen kuopan hierarkkinen rakenne on tällainen.

Kuvassa 2.3 on esimerkki hierarkiasta. Tallennusmatriisi voidaan muodostaa useiksi tasoiksi (kuvassa 2.3 kaksi tasoa), jotka on merkitty sanalinjoilla vaakasuunnassa ja bittilinjoilla pystysuunnassa.

Rividekooderi sijaitsee kahden tason välissä. Yksi piirin tehtävistä on biasoida valittujen NAND-merkkijonojen sanarivit oikein normaalin toiminnan varmistamiseksi. Kaikki bittilinjat on liitettävä sensorivahvistimiin (Sense Amp). Jokaisella aistivahvistimella voi olla yksi tai useampia bittirivejä, joita esittelemme yksityiskohtaisesti myöhemmin tässä osiossa. Sensorivahvistimen tarkoitus on muuntaa muistisolussa oleva virta digitaaliseksi suureeksi. Oheisalueella on joitain muistikennojen lataamiseen tarvittavia laitteita sekä jännitteenhallintalaitteita, logiikkapiirejä ja muita laitteita. PADeja käytetään kommunikoimaan ulkoisten laitteiden kanssa.