Unutrašnja struktura NAND Flash

Godine 1965., nakon što su bipolarnu cijev izumili W. Shockley, W. Brattain i J. Bardeen, Gordon Moore, suosnivač Intela, otkrio je takvo pravilo: kada cijena ostane nepromijenjena, količina energije koja se može smešten na integrisanom kolu Broj tranzistora će se udvostručiti svake godine, a performanse će se takođe udvostručiti. U stvari, broj tranzistora na integriranom kolu će se udvostručiti otprilike svakih 18 mjeseci u narednih nekoliko godina. Na primjer, u 18 mjeseci između Pentiuma 1.3 i Pentiuma 4, broj tranzistora po jedinici površine porastao je sa 28 miliona na 55 miliona.

Danas se radna frekvencija procesora standardnog desktop računara izračunava u gigahercima, a informacije o kapacitetu koje memorija može pohraniti izračunavaju se u terabajtima (TB). Ovo povećanje broja tranzistora po jedinici površine je primjer memorije, što je takođe ključna komponenta u elektronskim sistemima.

Poluprovodnička memorija se može podijeliti na dva glavna dijela: RAM (Memorije sa slučajnim pristupom) i ROM (Memorije samo za čitanje): RAM će nestati nakon što se napajanje isključi, dok će ga ROM zadržati. Druga vrsta memorije, NVM (Non-Volatile Memories), nalazi se između gornja dva tipa. Njegov sadržaj se može mijenjati, a podaci neće biti izgubljeni nakon nestanka struje. Ovo je fleksibilnije od čistog ROM-a, jer sadržaj ROM-a piše proizvođač i korisnik ga ne može mijenjati.

Povijest nepromjenjivih memorija počela je 1970-ih, a prvi NVM je bio EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), od tada do 1990-ih, NVM je postepeno postao jedan od najvažnijih članova porodice poluprovodnika, a sve više pažnje je više plaćeno razvoju novih tehnologija za promoviranje napretka NVM-a nego rezultirajućih ekonomskih koristi.

Od 1990-ih, kada je poluvodička memorija ušla u digitalne terminalne proizvode kao što su mobilni telefoni, ručni računari i video kamere, ovo tržište je bilo u stanju brzog rasta do danas.

Najpopularnija metoda skladištenja Flash memorije zasnovana je na tehnologiji zvanoj Floating Gate (FG). Možete pogledati sljedeći dijagram poprečnog presjeka. MOS cijev se sastoji od dvije kapije koja se preklapaju: prva je potpuno okružena oksidima; dok je drugi spojen na van. Ova pojedinačna vrata su ekvivalentna formiranju elektronskog izolacionog pojasa, koji osigurava da se elektroni (podaci) u njima mogu zadržati dugi niz godina. Proces punjenja i pražnjenja ovog izoliranog dijela naziva se programiranje i brisanje. Zbog punjenja i pražnjenja, potencijal Vth unutar izolovanog dijela će se promijeniti; ovo je princip rada tipične MOS cijevi. Kada dovedemo napon na memorijsku ćeliju, možemo razlikovati dva slučaja: kada je napon koji primjenjujemo veći od Vth, on se prepoznaje kao "1", u suprotnom se prepoznaje kao "0".

Struktura NAND memorijskih ćelija

Niz

Jedinice za skladištenje memorije su organizovane u obliku matrice, jer ova organizacija može efikasno da smanji prostor koji zauzima memorija. Mogu razlikovati NAND i NOR Flash gledajući organizaciju memorijskih ćelija. Sada predstavljamo NAND, jer je NAND trenutno najraširenija memorija.

U NAND arhitekturi, memorijske ćelije su organizovane u seriju svakih 32 ili 64 kao što je prikazano na slici 2.2. Dva tranzistora za odabir (dva eksterna pina ovog tranzistora su DSL/Mdl [povezan na BL] ili SSL/Msl [povezan na SL]) postavljena su na oba kraja svakog niza memorijskih ćelija (32 ili 64) kako bi se osiguralo vezu sa izvornom linijom (preko Msl) i bitline (preko Mdl). Svaki niz NAND memorijske ćelije ima bitnu liniju koja se koristi za povezivanje s drugim nizovima. Kontrolna vrata se koriste za povezivanje redova riječi (WL).

Logičke stranice su dio koji kontrolira jedinica za skladištenje koju kontrolira isti red riječi. Broj stranica koje kontroliše svaki red riječi povezan je s kapacitetom jedinice za pohranu. Na osnovu nivoa skladištenja jedinice za skladištenje, Flash memorija se može podeliti u različite kategorije: SLC (jedna jedinica za skladištenje 1 bita), MLS (jedna jedinica za skladištenje 2 bita), 8LC (jedna jedinica za skladištenje 3 bita), 16LC (jedna jedinica za skladištenje 4 bita) .

Ako uzmemo u obzir slučaj preplitanja SLC-a, neparni i parni brojevi formiraju različite stranice. Primjer je: SLC red riječi sa veličinom stranice od 4KB (4096 * 8=32768 bita) ima 65536 memorijskih lokacija.

Naravno, ako je MLC, postoje 4 stranice, a svaka serija memorijskih ćelija ima jedan LSB (najmanje značajniji bit) i jedan MSB (najznačajniji bit). Stoga postoje:

- MSB i LSB stranice parnih bitova

- MSB i LSB stranice neparnih bitnih linija

Svi nizovi NAND memorijskih ćelija iste linije riječi se brišu zajedno prilikom brisanja, čime se formira blok (blcok), ako su dva bloka prikazana u 2.2, koristi se ista magistrala, jedan Blok se sastoji od WL0<63:0>a drugi je WL1<63:0>.

Struktura memorijske ćelije NAND Flasha je matrica. Potrebna su dodatna kola za čitanje, pisanje i brisanje NAND-a. Pošto svaka matrica NAND-a mora biti upakovana, odgovarajući se postavlja u fazi projektovanja. Važno je dimenzionirati i izgraditi okolnu elektroniku. Na primjer, hijerarhijska struktura svake matrice NAND Flasha je ovakva.

Slika 2.3 prikazuje primjer hijerarhije. Niz memorije se može postaviti kao više ravni (dvije ravni na slici 2.3), označene linijama riječi u horizontalnom smjeru i bit linijama u vertikalnom smjeru.

Dekoder reda nalazi se između dvije ravni. Jedan od zadataka kola je da pravilno pristrasne linije riječi odabranih NAND nizova kako bi se osigurao normalan rad. Sve bitline moraju biti povezane na pojačivače senzora (Sense Amp). Svaki pojačivač čula može imati jednu ili više bitnih linija, koje ćemo detaljno predstaviti kasnije u ovom dijelu. Svrha senzorskog pojačala je da pretvori struju u memorijskoj ćeliji u digitalnu veličinu. U perifernom području postoje neki uređaji potrebni za punjenje memorijskih ćelija, kao i uređaji za upravljanje naponom, logička kola i drugi uređaji. PAD-ovi se koriste za komunikaciju sa vanjskim uređajima.