NAND Flash iekšējā struktūra

1965. gadā pēc V. Šoklija, V. Breteina un Dž. Bārdīna bipolārās caurules izgudrošanas, Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs atklāja šādu noteikumu: ja cena paliek nemainīga, enerģijas daudzums, ko var izvietots uz integrālās shēmas Tranzistoru skaits dubultosies katru gadu, un arī veiktspēja dubultosies. Faktiski tranzistoru skaits integrālajā shēmā nākamajos gados dubultosies ik pēc 18 mēnešiem. Piemēram, 18 mēnešu laikā starp Pentium 1.3 un Pentium 4 tranzistoru skaits uz laukuma vienību palielinājās no 28 miljoniem līdz 55 miljoniem.

Mūsdienās standarta galddatora procesora darbības frekvence tiek aprēķināta gigahercos, un informācija par ietilpību, ko var saglabāt atmiņā, tiek aprēķināta terabaitos (TB). Šo tranzistoru skaita pieaugumu laukuma vienībā raksturo atmiņa, kas arī ir elektronisko sistēmu galvenā sastāvdaļa.

Pusvadītāju atmiņu var iedalīt divās galvenajās daļās: RAM (Random Access Memories) un ROM (tikai lasāmatmiņas): RAM pazudīs pēc strāvas izslēgšanas, savukārt ROM to saglabās. Cits atmiņas veids, NVM (negaistošas ​​atmiņas), ir starp iepriekšminētajiem diviem veidiem. Tās saturu var mainīt, un dati netiks zaudēti pēc strāvas padeves pārtraukuma. Tas ir elastīgāks nekā tīrs ROM, jo ROM saturu raksta ražotājs, un klients to nevar mainīt.

Negaistošo atmiņu vēsture aizsākās 1970. gados, un pirmais NVM bija EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ), kopš tā laika līdz 90. gadiem NVM pakāpeniski ir kļuvis par vienu no svarīgākajiem pusvadītāju saimes pārstāvjiem, un tam ir pievērsta lielāka uzmanība. ir izmaksāts jaunu tehnoloģiju izstrādei, lai veicinātu NVM progresu vairāk nekā no tā izrietošie ekonomiskie ieguvumi.

Kopš 1990. gadiem, kad pusvadītāju atmiņa ir ienākusi ciparu galaproduktos, piemēram, mobilajos tālruņos, rokas datoros un videokamerās, šis tirgus līdz mūsdienām ir bijis straujas izaugsmes stāvoklī.

Populārākā zibatmiņas uzglabāšanas metode ir balstīta uz tehnoloģiju, ko sauc par peldošo vārtu (FG). Varat atsaukties uz šādu šķērsgriezuma diagrammu. MOS caurule sastāv no diviem pārklājošiem vārtiem: pirmo pilnībā ieskauj oksīdi; savukārt otrais ir savienots ar ārpusi. Šīs vienas durvis ir līdzvērtīgas elektroniskas izolācijas lentes veidošanai, kas nodrošina, ka tajās esošos elektronus (datus) var saglabāt daudzus gadus. Šīs izolētās daļas uzlādes un izlādes procesu sauc par programmu un dzēšanu. Sakarā ar uzlādi un izlādēšanu izolētās daļas iekšpusē tiks mainīts potenciāls V; tas ir tipiskas MOS caurules darbības princips. Kad mēs pieliekam spriegumu atmiņas šūnai, mēs varam atšķirt divus gadījumus: kad mūsu pielietotais spriegums ir lielāks par Vth, tas tiek atpazīts kā "1", pretējā gadījumā tas tiek atpazīts kā "0".

NAND atmiņas šūnu struktūra

Masīvs

Atmiņas krātuves vienības ir sakārtotas matricas veidā, jo šī organizācija var efektīvi samazināt atmiņas aizņemto vietu. Es varu pateikt atšķirību starp NAND un NOR Flash, aplūkojot atmiņas šūnu organizāciju. Mēs tagad ieviešam NAND, jo NAND ir šobrīd visplašāk izmantotā atmiņa.

NAND arhitektūrā atmiņas šūnas tiek sakārtotas sērijās ik pēc 32 vai 64, kā parādīts 2.2. attēlā. Divi tranzistori izvēlei (šī tranzistora divi ārējie kontakti ir DSL/Mdl [savienots ar BL] vai SSL/Msl [savienots ar SL]) ir novietoti katras atmiņas šūnu virknes (32 vai 64) abos galos, lai tas nodrošinātu. savienojums ar avota līniju (izmantojot Msl) un bitu līniju (izmantojot Mdl). Katrai NAND atmiņas šūnas virknei ir bitu līnija, ko izmanto, lai izveidotu savienojumu ar citām virknēm. Vadības vārti tiek izmantoti vārdu līniju (WL) savienošanai.

Loģiskās lapas ir daļa, ko kontrolē krātuves bloks, kuru kontrolē tā pati vārdu līnija. Lapu skaits, ko kontrolē katra vārdu rinda, ir saistīts ar krātuves ietilpību. Pamatojoties uz atmiņas vienības uzglabāšanas līmeni, zibatmiņu var iedalīt dažādās kategorijās: SLC (viena atmiņas vienība 1 bits), MLS (viena atmiņas vienība 2 biti), 8LC (viena atmiņas vienība 3 biti), 16LC (viena atmiņas vienība 4 biti) .

Ja ņemam vērā SLC interleaving gadījumu, nepāra un pāra skaitļi veido attiecīgi dažādas lapas. Piemērs: SLC vārdu rindiņai ar lapas izmēru 4 KB (4096 * 8=32768 biti) ir 65 536 atmiņas vietas.

Protams, ja tas ir MLC, ir 4 lapas, un katrai atmiņas šūnu sērijai ir viens LSB (Least Significant Bit) un viens MSB (Most Significant Bit). Tāpēc ir:

- MSB un LSB lapas ar pat bitlīnijām

- MSB un LSB lapas ar nepāra bitlīnijām

Visas vienas un tās pašas vārdu līnijas NAND atmiņas šūnu virknes dzēšot tiek dzēstas kopā, tādējādi veidojot bloku (blcok), ja 2.2 ir parādīti divi bloki, tiek izmantota viena un tā pati kopne, viena Bloks sastāv no WL0<63:0>un otrs ir WL1<63:0>.

NAND Flash atmiņas šūnu struktūra ir matrica. Lasot, rakstot un dzēšot NAND, ir nepieciešamas papildu shēmas. Tā kā katrai NAND formai jābūt iesaiņotai, piemērotais tiek iestatīts projektēšanas stadijā. Ir svarīgi noteikt apkārtējās elektronikas izmērus un uzbūvēt. Piemēram, katra NAND Flash formas hierarhiskā struktūra ir šāda.

2.3. attēlā parādīts hierarhijas piemērs. Krātuves masīvu var iestatīt kā vairākas plaknes (divas plaknes 2.3. attēlā), kas apzīmētas ar vārdu līnijām horizontālā virzienā un bitu līnijām vertikālā virzienā.

Rindu dekodētājs atrodas starp abām plaknēm. Viens no shēmas uzdevumiem ir pareizi novirzīt izvēlēto NAND virkņu vārdu līnijas, lai nodrošinātu normālu darbību. Visām bitu līnijām jābūt savienotām ar sensoru pastiprinātājiem (Sense Amp). Katram sajūtu pastiprinātājam var būt viena vai vairākas bitu līnijas, kuras mēs sīkāk iepazīstināsim vēlāk šajā sadaļā. Jutekļu pastiprinātāja mērķis ir pārveidot atmiņas šūnā esošo strāvu digitālā daudzumā. Perifērijas zonā ir dažas ierīces, kas nepieciešamas atmiņas elementu uzlādēšanai, kā arī sprieguma pārvaldības ierīces, loģiskās shēmas un citas ierīces. PAD tiek izmantoti saziņai ar ārējām ierīcēm.