Estrutura interna do Flash NAND

Em 1965, depois que o tubo bipolar foi inventado por W. Shockley, W. Brattain e J. Bardeen, Gordon Moore, cofundador da Intel, descobriu tal regra: quando o preço permanece inalterado, a quantidade de energia que pode ser acomodado em um circuito integrado O número de transistores dobrará a cada ano, e o desempenho também dobrará. De fato, o número de transistores em um circuito integrado dobrará aproximadamente a cada 18 meses nos próximos anos. Por exemplo, nos 18 meses entre o Pentium 1.3 e o Pentium 4, o número de transistores por unidade de área aumentou de 28 milhões para 55 milhões.

Hoje, a frequência de operação do processador de um PC de mesa padrão é calculada em gigahertz, e as informações de capacidade que a memória pode armazenar são calculadas em terabytes (TB). Esse aumento no número de transistores por unidade de área é exemplificado pela memória, que também é um componente chave em sistemas eletrônicos.

A memória semicondutora pode ser dividida em duas partes principais: RAM (Random Access Memories) e ROM (Read Only Memories): a RAM desaparecerá depois que a energia for desligada, enquanto a ROM a manterá. Outro tipo de memória, NVM (Non-Volatile Memories), está entre os dois tipos acima. Seu conteúdo pode ser modificado e os dados não serão perdidos após uma falha de energia. Isso é mais flexível do que a ROM pura, porque o conteúdo da ROM é escrito pelo fabricante e não pode ser modificado pelo cliente.

A história das Memórias Não Voláteis começou na década de 1970, e a primeira NVM foi a EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), desde então até a década de 1990, a NVM tornou-se gradualmente um dos membros mais importantes da família de semicondutores, e mais atenção tem sido pago ao desenvolvimento de novas tecnologias para promover o progresso da NVM mais do que os benefícios econômicos resultantes.

Desde a década de 1990, à medida que a memória semicondutora entrou em produtos de terminais digitais, como telefones celulares, computadores de mão e câmeras de vídeo, esse mercado está em rápido crescimento até hoje.

O método de armazenamento de memória Flash mais popular é baseado em uma tecnologia chamada Floating Gate (FG). Você pode consultar o seguinte diagrama de seção transversal. Um tubo MOS é composto por duas portas sobrepostas: a primeira é completamente cercada por óxidos; enquanto o segundo está ligado ao exterior. Essa única porta equivale a formar um cinturão de isolamento eletrônico, o que garante que os elétrons (dados) nele contidos possam ser retidos por muitos anos. O processo de carregar e descarregar essa parte isolada é chamado de programar e apagar. Devido ao carregamento e descarregamento, o potencial Vth dentro da parte isolada será alterado; este é o princípio de funcionamento de um tubo MOS típico. Quando aplicamos uma voltagem a uma célula de memória, podemos distinguir dois casos: quando a voltagem que aplicamos é maior que Vth, ela é reconhecida como "1", caso contrário é reconhecida como "0".

Estrutura da célula de memória NAND

Variedade

As unidades de armazenamento da memória são organizadas em forma de matriz, pois essa organização pode efetivamente reduzir o espaço ocupado pela memória. Posso dizer a diferença entre NAND e NOR Flash observando a organização das células de memória. Apresentamos o NAND agora, porque o NAND é a memória mais usada atualmente.

Na arquitetura NAND, as células de memória são organizadas em série a cada 32 ou 64 conforme mostrado na Figura 2.2. Dois transistores para seleção (os dois pinos externos deste transistor são DSL/Mdl [conectado ao BL] ou SSL/Msl [conectado ao SL]) são colocados em ambas as extremidades de cada string de células de memória (32 ou 64) para conexão com a linha de origem (via Msl) e bitline (via Mdl). Cada string de célula de memória NAND tem uma linha de bits usada para se conectar a outras strings. As portas de controle são usadas para conectar wordlines (WLs).

As páginas lógicas são a parte controlada pela unidade de armazenamento controlada pela mesma linha de palavras. O número de páginas controladas por cada wordline está relacionado à capacidade da unidade de armazenamento. Com base no nível de armazenamento da unidade de armazenamento, a memória Flash pode ser dividida em diferentes categorias: SLC (uma unidade de armazenamento de 1 bit), MLS (uma unidade de armazenamento de 2 bits), 8LC (uma unidade de armazenamento de 3 bits), 16LC (uma unidade de armazenamento de 4 bits) .

Se considerarmos o caso de intercalação de SLC, números pares e ímpares formam páginas diferentes, respectivamente. Um exemplo é: uma linha de palavra SLC com um tamanho de página de 4 KB (4096 * 8=32768 bits) possui 65.536 locais de memória.

Claro, se for MLC, existem 4 páginas, e cada série de células de memória tem um LSB (Bit Menos Significativo) e um MSB (Bit Mais Significativo). Daí existem:

- Páginas MSB e LSB de bitlines pares

- Páginas MSB e LSB de bitlines ímpares

Todas as cadeias de células de memória NAND da mesma linha de palavras são apagadas juntas ao apagar, formando assim um bloco (blcok), se dois blocos são mostrados em 2.2, o mesmo barramento é usado, um O bloco é composto por WL0<63:0>e o outro é WL1<63:0>.

A estrutura da célula de memória do NAND Flash é uma matriz. Circuitos adicionais são necessários ao ler, escrever e apagar NAND. Como cada matriz de NAND deve ser empacotada, uma adequada é definida na fase de projeto. É importante dimensionar e construir a eletrônica circundante. Por exemplo, a estrutura hierárquica de cada dado de NAND Flash é assim.

A Figura 2.3 mostra um exemplo de hierarquia. A matriz de armazenamento pode ser configurada como vários planos (dois planos na Figura 2.3), marcados com linhas de palavras na direção horizontal e linhas de bits na direção vertical.

O Decodificador de Linha está localizado entre os dois planos. Uma das tarefas do circuito é polarizar adequadamente as linhas de palavras das strings NAND selecionadas para garantir a operação normal. Todas as bitlines devem ser conectadas a amplificadores de detecção (Sense Amp). Cada amplificador de detecção pode ter uma ou mais linhas de bits, que apresentaremos em detalhes posteriormente nesta seção. A finalidade do amplificador de detecção é converter a corrente na célula de memória em uma quantidade digital. Na área periférica, existem alguns dispositivos necessários para carregar as células de memória, além de dispositivos de gerenciamento de tensão, circuitos lógicos e outros dispositivos. PADs são usados ​​para se comunicar com dispositivos externos.