Struktur internal NAND Flash

Pada tahun 1965, setelah tabung bipolar ditemukan oleh W. Shockley, W. Brattain dan J. Bardeen, Gordon Moore, salah satu pendiri Intel, menemukan aturan seperti itu: ketika harga tetap tidak berubah, jumlah energi yang dapat diakomodasi pada sirkuit terpadu Jumlah transistor akan berlipat ganda setiap tahun, dan kinerjanya juga akan berlipat ganda. Faktanya, jumlah transistor pada sirkuit terintegrasi akan berlipat ganda kira-kira setiap 18 bulan selama beberapa tahun ke depan. Misalnya, dalam 18 bulan antara Pentium 1.3 dan Pentium 4, jumlah transistor per satuan luas meningkat dari 28 juta menjadi 55 juta.

Saat ini, frekuensi operasi prosesor PC desktop standar dihitung dalam gigahertz, dan informasi kapasitas yang dapat disimpan memori dihitung dalam terabyte (TB). Peningkatan jumlah transistor per satuan luas ini dicontohkan oleh memori, yang juga merupakan komponen kunci dalam sistem elektronik.

Memori semikonduktor dapat dibagi menjadi dua bagian utama: RAM (Random Access Memories) dan ROM (Read Only Memories): RAM akan hilang setelah daya dimatikan, sedangkan ROM akan menyimpannya. Jenis memori lain, NVM (Non-Volatile Memories), berada di antara dua jenis di atas. Kontennya dapat dimodifikasi, dan data tidak akan hilang setelah listrik mati. Ini lebih fleksibel daripada ROM murni, karena isi ROM ditulis oleh pabrikan dan tidak dapat diubah oleh pelanggan.

Sejarah Memori Non-Volatile dimulai pada tahun 1970-an, dan NVM pertama adalah EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), sejak itu hingga tahun 1990-an, NVM secara bertahap menjadi salah satu anggota terpenting dari keluarga semikonduktor, dan lebih banyak perhatian. telah dibayar untuk pengembangan teknologi baru untuk mempromosikan kemajuan NVM lebih dari manfaat ekonomi yang dihasilkan.

Sejak tahun 1990-an, ketika memori semikonduktor telah memasuki produk terminal digital seperti ponsel, komputer genggam, dan kamera video, pasar ini telah berkembang pesat hingga saat ini.

Metode penyimpanan memori Flash yang paling populer didasarkan pada teknologi yang disebut Floating Gate (FG). Anda dapat merujuk ke diagram penampang berikut. Sebuah tabung MOS terdiri dari dua gerbang yang tumpang tindih: yang pertama benar-benar dikelilingi oleh oksida; sedangkan yang kedua terhubung ke luar. Pintu tunggal ini setara dengan membentuk sabuk isolasi elektronik, yang memastikan bahwa elektron (data) di dalamnya dapat disimpan selama bertahun-tahun. Proses pengisian dan pengosongan bagian yang terisolasi ini disebut program and erase. Karena pengisian dan pemakaian, Vth potensial di dalam bagian yang terisolasi akan berubah; ini adalah prinsip kerja tabung MOS yang khas. Ketika kita menerapkan tegangan ke sel memori, kita dapat membedakan dua kasus: ketika tegangan yang kita berikan lebih tinggi dari V, itu dikenali sebagai "1", jika tidak, itu dikenali sebagai "0".

Struktur sel memori NAND

Himpunan

Unit penyimpanan memori diatur dalam bentuk matriks, karena organisasi ini dapat secara efektif mengurangi ruang yang ditempati oleh memori. Saya dapat membedakan antara NAND dan NOR Flash dengan melihat organisasi sel memori. Kami memperkenalkan NAND sekarang, karena NAND adalah memori yang paling banyak digunakan saat ini.

Dalam arsitektur NAND, sel memori diatur secara seri setiap 32 atau 64 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Dua transistor untuk dipilih (dua pin eksternal transistor ini adalah DSL/Mdl [terhubung ke BL] atau SSL/Msl [terhubung ke SL]) ditempatkan di kedua ujung setiap string sel memori (32 atau 64) untuk memastikan koneksi ke jalur sumber (melalui Msl) dan bitline (melalui Mdl). Setiap string sel memori NAND memiliki bitline yang digunakan untuk terhubung ke string lain. Gerbang kontrol digunakan untuk menghubungkan wordlines (WLs).

Halaman logis adalah bagian yang dikendalikan oleh unit penyimpanan yang dikendalikan oleh baris kata yang sama. Jumlah halaman yang dikendalikan oleh setiap baris kata terkait dengan kapasitas unit penyimpanan. Berdasarkan tingkat penyimpanan unit penyimpanan, memori Flash dapat dibagi menjadi beberapa kategori: SLC (satu unit penyimpanan 1bit), MLS (satu unit penyimpanan 2bit), 8LC (satu unit penyimpanan 3bit), 16LC (satu unit penyimpanan 4bit) .

Jika kita mempertimbangkan kasus interleaving SLC, angka ganjil dan genap membentuk halaman yang berbeda masing-masing. Contohnya adalah: baris kata SLC dengan ukuran halaman 4KB (4096 * 8=32768 bit) memiliki 65536 lokasi memori.

Tentu saja, jika MLC, ada 4 halaman, dan setiap seri sel memori memiliki satu LSB (Least Significant Bit) dan satu MSB (Most Significant Bit). Oleh karena itu ada:

- Halaman MSB dan LSB dengan bitline genap

- Halaman MSB dan LSB dengan bitline aneh

Semua string sel memori NAND dari baris kata yang sama dihapus bersama-sama saat menghapus, sehingga membentuk blok (blcok), jika dua blok ditunjukkan pada 2.2, bus yang sama digunakan, satu Blok terdiri dari WL0<63:0>dan yang lainnya adalah WL1<63:0>.

Struktur sel memori NAND Flash adalah matriks. Sirkuit tambahan diperlukan saat membaca, menulis, dan menghapus NAND. Karena setiap cetakan NAND harus dikemas, maka cetakan yang sesuai ditetapkan pada tahap desain. Penting untuk mengukur dan membangun elektronik di sekitarnya. Misalnya, struktur hierarki setiap dadu NAND Flash adalah seperti ini.

Gambar 2.3 menunjukkan contoh hierarki. Array penyimpanan dapat diatur sebagai beberapa bidang (dua bidang pada Gambar 2.3), ditandai dengan garis kata dalam arah horizontal dan bitline dalam arah vertikal.

The Row Decoder terletak di antara dua pesawat. Salah satu tugas rangkaian adalah untuk membiaskan baris kata dari string NAND yang dipilih dengan benar untuk memastikan operasi normal. Semua bitline harus terhubung ke penguat rasa (Sense Amp). Setiap penguat rasa dapat memiliki satu atau lebih bitline, yang akan kami perkenalkan secara rinci nanti di bagian ini. Tujuan dari penguat rasa adalah untuk mengubah arus dalam sel memori menjadi besaran digital. Di area periferal, ada beberapa perangkat yang diperlukan untuk mengisi sel memori, serta perangkat manajemen tegangan, sirkuit logika, dan perangkat lainnya. PAD digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat eksternal.