NAND Flash ning ichki tuzilishi

1965 yilda bipolyar trubkani V. Shokli, U. Bratten va J. Bardin ixtiro qilgandan so'ng, Intel kompaniyasining asoschisi Gordon Mur shunday qoidani kashf etdi: narx o'zgarishsiz qolganda, energiya miqdori bo'lishi mumkin. integral mikrosxemaga joylashtirilgan. Har yili tranzistorlar soni ikki baravar ortadi va unumdorligi ham ikki baravar ortadi. Darhaqiqat, integral mikrosxemadagi tranzistorlar soni keyingi bir necha yil ichida har 18 oyda ikki barobar ortadi. Misol uchun, Pentium 1.3 va Pentium 4 o'rtasidagi 18 oy ichida maydon birligiga to'g'ri keladigan tranzistorlar soni 28 milliondan 55 milliongacha oshdi.

Bugungi kunda standart ish stoli kompyuteri protsessorining ishlash chastotasi gigagertsda, xotira saqlashi mumkin bo'lgan sig'im haqidagi ma'lumot terabaytlarda (TB) hisoblanadi. Bu birlik maydoniga tranzistorlar sonining ko'payishi xotirada, elektron tizimlarning asosiy komponenti ham bo'ladi.

Yarimo'tkazgichli xotirani ikkita asosiy qismga bo'lish mumkin: RAM (tasodifiy kirish xotiralari) va ROM (faqat o'qiladigan xotiralar): RAM quvvat o'chirilgandan so'ng yo'qoladi, ROM esa uni saqlab qoladi. Xotiraning yana bir turi NVM (Volatile Memories) yuqoridagi ikki tur orasida joylashgan. Uning mazmuni o'zgartirilishi mumkin va elektr uzilishidan keyin ma'lumotlar yo'qolmaydi. Bu sof ROMga qaraganda ancha moslashuvchan, chunki ROM tarkibi ishlab chiqaruvchi tomonidan yozilgan va mijoz tomonidan o'zgartirilmaydi.

Non-uchuvchan xotiralar tarixi 1970-yillarda boshlangan va birinchi NVM EPROM (oʻchiriladigan programlanadigan faqat oʻqish xotirasi) edi, oʻshandan beri 1990-yillargacha NVM asta-sekin yarimoʻtkazgichlar oilasining eng muhim aʼzolaridan biriga aylandi va koʻproq eʼtibor qaratildi. NVM taraqqiyotini rag'batlantirish uchun yangi texnologiyalarni ishlab chiqish uchun olingan iqtisodiy foydadan ko'ra ko'proq to'langan.

1990-yillardan boshlab, yarimo'tkazgich xotirasi mobil telefonlar, portativ kompyuterlar va videokameralar kabi raqamli terminal mahsulotlariga kirganligi sababli, ushbu bozor bugungi kungacha tez o'sish holatida bo'ldi.

Flash xotirani saqlashning eng mashhur usuli Floating Gate (FG) deb nomlangan texnologiyaga asoslangan. Quyidagi tasavvurlar diagrammasiga murojaat qilishingiz mumkin. MOS trubkasi bir-birining ustiga chiqadigan ikkita eshikdan iborat: birinchisi butunlay oksidlar bilan o'ralgan; ikkinchisi esa tashqariga ulangan. Bu bitta eshik elektron izolyatsiya kamarini shakllantirishga teng bo'lib, undagi elektronlar (ma'lumotlar) ko'p yillar davomida saqlanishini ta'minlaydi. Ushbu izolyatsiya qilingan qismni zaryadlash va zaryadsizlantirish jarayoni dastur va o'chirish deb ataladi. Zaryadlash va tushirish tufayli izolyatsiya qilingan qism ichidagi potentsial Vth o'zgaradi; bu odatiy MOS trubasining ishlash printsipi. Xotira xujayrasiga kuchlanish qo'llaganimizda, biz ikkita holatni ajratib ko'rsatishimiz mumkin: biz qo'llaydigan kuchlanish Vth dan yuqori bo'lsa, u "1" deb tan olinadi, aks holda "0" deb tan olinadi.

NAND xotira hujayralari tuzilishi

Massiv

Xotiraning saqlash birliklari matritsa shaklida tashkil etilgan, chunki bu tashkilot xotira egallagan joyni samarali ravishda qisqartirishi mumkin. Men NAND va NOR Flash o'rtasidagi farqni xotira hujayralarining tashkil etilishiga qarab ayta olaman. Biz hozir NANDni taqdim etamiz, chunki NAND hozirda eng keng tarqalgan xotira hisoblanadi.

NAND arxitekturasida xotira xujayralari 2.2-rasmda ko'rsatilganidek, har 32 yoki 64 ketma-ket tashkil etiladi. Tanlash uchun ikkita tranzistorlar (ushbu tranzistorning ikkita tashqi pinlari DSL/Mdl [BL ga ulangan] yoki SSL/Msl [SL ga ulangan]) xotira kataklarining har bir qatorining (32 yoki 64) ikkala uchiga joylashtiriladi. manba liniyasiga (Msl orqali) va bitline (Mdl orqali) ulanish. Har bir NAND xotira katakchasida boshqa satrlarga ulanish uchun ishlatiladigan bitline mavjud. Boshqaruv eshiklari so'z qatorlarini (WL) ulash uchun ishlatiladi.

Mantiqiy sahifalar bir xil so'z qatori tomonidan boshqariladigan saqlash birligi tomonidan boshqariladigan qismdir. Har bir so'z qatori tomonidan boshqariladigan sahifalar soni saqlash birligining sig'imi bilan bog'liq. Saqlash blokining saqlash darajasiga qarab, Flash xotirani turli toifalarga bo'lish mumkin: SLC (bitta saqlash birligi 1bit), MLS (bitta saqlash birligi 2bit), 8LC (bitta saqlash birligi 3bit), 16LC (bitta saqlash birligi 4bit). .

Agar biz SLC ning interleaving holatini ko'rib chiqsak, toq va juft raqamlar mos ravishda turli sahifalarni tashkil qiladi. Misol: sahifa hajmi 4KB (4096 * 8=32768 bit) bo'lgan SLC so'z qatorida 65536 xotira joyi mavjud.

Albatta, agar u MLC bo'lsa, unda 4 ta sahifa mavjud va har bir xotira katakchalari seriyasida bitta LSB (Least Significant Bit) va bitta MSB (Most Significant Bit) mavjud. Shuning uchun quyidagilar mavjud:

- Bitli chiziqli MSB va LSB sahifalari

- toq bitlinelarning MSB va LSB sahifalari

Xuddi shu so'z qatorining barcha NAND xotira katakchalari o'chirilganda birga o'chiriladi va shu bilan blokni (blcok) hosil qiladi, agar ikkita blok 2.2 da ko'rsatilgan bo'lsa, bir xil avtobus ishlatiladi, bitta Blok WL dan iborat0<63:0>ikkinchisi esa WL1<63:0>.

NAND Flash xotira hujayralarining tuzilishi matritsadir. NANDni o'qish, yozish va o'chirishda qo'shimcha sxemalar talab qilinadi. NAND ning har bir qolipi qadoqlanishi kerakligi sababli, dizayn bosqichida mos keladigani o'rnatiladi. Atrofdagi elektronikani o'lchash va qurish muhimdir. Masalan, NAND Flash-ning har bir qolipining ierarxik tuzilishi shunday.

2.3-rasmda ierarxiyaga misol keltirilgan. Saqlash massivi gorizontal yo'nalishda so'z chiziqlari va vertikal yo'nalishda bit chiziqlar bilan belgilangan bir nechta tekislik (2.3-rasmda ikkita tekislik) sifatida o'rnatilishi mumkin.

Qator dekoderi ikki tekislik orasida joylashgan. Sxemaning vazifalaridan biri normal ishlashini ta'minlash uchun tanlangan NAND satrlarining so'z satrlarini to'g'ri joylashtirishdir. Barcha bitlinelar sensorli kuchaytirgichlarga (Sense Amp) ulangan bo'lishi kerak. Har bir sezgi kuchaytirgichi bir yoki bir nechta bitlinelarga ega bo'lishi mumkin, biz ushbu bo'limda keyinroq batafsil tanishtiramiz. Sezgi kuchaytirgichining maqsadi xotira katakchasidagi oqimni raqamli miqdorga aylantirishdir. Periferik sohada xotira xujayralarini zaryad qilish uchun zarur bo'lgan ba'zi qurilmalar, shuningdek, kuchlanishni boshqarish moslamalari, mantiqiy sxemalar va boshqa qurilmalar mavjud. PADlar tashqi qurilmalar bilan aloqa qilish uchun ishlatiladi.