الهيكل الداخلي لـ NAND Flash

في عام 1965 ، بعد اختراع الأنبوب ثنائي القطب من قبل دبليو شوكلي ، اكتشف و. استيعابها في دائرة متكاملة سيتضاعف عدد الترانزستورات كل عام تقريبًا ، وسيتضاعف الأداء أيضًا. في الواقع ، سيتضاعف عدد الترانزستورات في الدائرة المتكاملة كل 18 شهرًا تقريبًا خلال السنوات القليلة المقبلة. على سبيل المثال ، في الأشهر الثمانية عشر بين Pentium 1.3 و Pentium 4 ، زاد عدد الترانزستورات لكل وحدة مساحة من 28 مليونًا إلى 55 مليونًا.

اليوم ، يتم حساب تردد تشغيل المعالج لجهاز كمبيوتر سطح المكتب القياسي بالجيجاهيرتز ، ويتم حساب معلومات السعة التي يمكن للذاكرة تخزينها بالتيرابايت (TB) ، وتتجلى هذه الزيادة في عدد الترانزستورات لكل وحدة مساحة من خلال الذاكرة ، والذي يعد أيضًا مكونًا رئيسيًا في الأنظمة الإلكترونية.

يمكن تقسيم ذاكرة أشباه الموصلات إلى جزأين رئيسيين: ذاكرة الوصول العشوائي (ذكريات الوصول العشوائي) وذاكرة القراءة فقط (ذكريات القراءة فقط): ستختفي ذاكرة الوصول العشوائي بعد إيقاف تشغيل الطاقة ، بينما تحتفظ ذاكرة القراءة فقط بها. نوع آخر من الذاكرة ، NVM (الذكريات غير المتطايرة) ، يقع بين النوعين المذكورين أعلاه. يمكن تعديل محتواها ولن تضيع البيانات بعد انقطاع التيار الكهربائي. هذا أكثر مرونة من ROM الخالص ، لأن محتوى ROM مكتوب من قبل الشركة المصنعة ولا يمكن للعميل تعديله.

بدأ تاريخ الذكريات غير المتطايرة في السبعينيات ، وكان أول NVM هو EPROM (ذاكرة قابلة للمسح قابلة للبرمجة للقراءة فقط) ، ومنذ ذلك الحين وحتى التسعينيات ، أصبحت NVM تدريجيًا واحدة من أهم أعضاء عائلة أشباه الموصلات ، وتحظى باهتمام أكبر تم دفعها لتطوير تقنيات جديدة لتعزيز تقدم NVM أكثر من الفوائد الاقتصادية الناتجة.

منذ التسعينيات ، مع دخول ذاكرة أشباه الموصلات إلى المنتجات الطرفية الرقمية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وكاميرات الفيديو ، ظل هذا السوق في حالة نمو سريع حتى اليوم.

تعتمد أكثر طرق تخزين ذاكرة الفلاش شيوعًا على تقنية تسمى Floating Gate (FG). يمكنك الرجوع إلى الرسم التخطيطي المقطعي التالي. يتكون أنبوب MOS من بوابتين متداخلتين: الأولى محاطة بالكامل بالأكاسيد ؛ بينما الثانية متصلة بالخارج. هذا الباب المفرد يعادل تشكيل حزام عزل إلكتروني ، مما يضمن إمكانية الاحتفاظ بالإلكترونات (البيانات) الموجودة فيه لسنوات عديدة. تسمى عملية شحن وتفريغ هذا الجزء المعزول بالبرنامج والمحو. بسبب الشحن والتفريغ ، سيتم تغيير V المحتملة داخل الجزء المعزول ؛ هذا هو مبدأ العمل لأنبوب MOS نموذجي. عندما نطبق جهدًا على خلية ذاكرة ، يمكننا التمييز بين حالتين: عندما يكون الجهد الذي نطبقه أعلى من V ، يتم التعرف عليه على أنه "1" ، وإلا يتم التعرف عليه على أنه "0".

هيكل خلية ذاكرة NAND

مجموعة مصفوفة

يتم تنظيم وحدات التخزين في الذاكرة على شكل مصفوفة ، لأن هذه المنظمة يمكن أن تقلل بشكل فعال المساحة التي تشغلها الذاكرة. يمكنني معرفة الفرق بين NAND و NOR Flash من خلال النظر في تنظيم خلايا الذاكرة. نقدم NAND الآن ، لأن NAND هي الذاكرة الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر.

في بنية NAND ، يتم تنظيم خلايا الذاكرة في سلسلة كل 32 أو 64 كما هو موضح في الشكل 2.2. يتم وضع اثنين من الترانزستورات للاختيار (الدبابيس الخارجية لهذا الترانزستور هما DSL / Mdl [متصل بـ BL] أو SSL / Msl [متصل بـ SL]) يتم وضعها على طرفي كل سلسلة من خلايا الذاكرة (32 أو 64) لهذا يضمن الاتصال بخط المصدر (عبر Msl) و bitline (عبر Mdl). تحتوي كل سلسلة خلية ذاكرة NAND على خط بت يستخدم للاتصال بسلاسل أخرى. تستخدم بوابات التحكم لربط خطوط الكلمات (WLs).

الصفحات المنطقية هي الجزء الذي يتم التحكم فيه بواسطة وحدة التخزين التي يتم التحكم فيها بواسطة نفس سطر الكلمات. عدد الصفحات التي يتحكم فيها كل سطر نصي مرتبط بسعة وحدة التخزين. بناءً على مستوى التخزين لوحدة التخزين ، يمكن تقسيم ذاكرة الفلاش إلى فئات مختلفة: SLC (وحدة تخزين واحدة 1 بت) ، MLS (وحدة تخزين واحدة 2 بت) ، 8LC (وحدة تخزين واحدة 3 بت) ، 16LC (وحدة تخزين واحدة 4 بت) .

إذا أخذنا في الاعتبار حالة التشذير لـ SLC ، فإن الأرقام الفردية والزوجية تشكل صفحات مختلفة على التوالي. مثال على ذلك: يحتوي سطر نصوص SLC بحجم صفحة 4KB (4096 * 8=32768 بت) على 65536 موقعًا في الذاكرة.

بالطبع ، إذا كانت MLC ، فهناك 4 صفحات ، ولكل سلسلة خلايا ذاكرة واحدة LSB (بت أقل أهمية) وواحدة MSB (بت الأكثر أهمية). ومن ثم هناك:

- صفحات MSB و LSB ذات خطوط البت الزوجية

- صفحات MSB و LSB لخطوط البت الفردية

يتم مسح جميع سلاسل خلايا ذاكرة NAND من نفس سطر الكلمات معًا عند المسح ، مما يؤدي إلى تكوين كتلة (blcok) ، إذا تم عرض كتلتين في 2.2 ، يتم استخدام نفس الناقل ، تتكون الكتلة من WL 0<63:0>والآخر هو WL1<63:0>.

هيكل خلية الذاكرة لـ NAND Flash عبارة عن مصفوفة. دوائر إضافية مطلوبة عند قراءة وكتابة ومسح NAND. نظرًا لأنه يجب تعبئة كل قالب من NAND ، يتم تعيين قالب مناسب في مرحلة التصميم. من المهم قياس وبناء الإلكترونيات المحيطة. على سبيل المثال ، الهيكل الهرمي لكل قالب من NAND Flash مثل هذا.

يوضح الشكل 2.3 مثالاً على التسلسل الهرمي. يمكن إعداد صفيف التخزين كمستويات متعددة (مستويان في الشكل 2.3) ، مع تمييزها بخطوط كلمات في الاتجاه الأفقي وخطوط البت في الاتجاه الرأسي.

يقع جهاز فك الشفرة بين الطائرتين. تتمثل إحدى مهام الدائرة في تحيز خطوط الكلمات الخاصة بسلاسل NAND المحددة بشكل صحيح لضمان التشغيل العادي. يجب أن تكون جميع خطوط البت متصلة بمكبرات الصوت (Sense Amp). يمكن أن يحتوي كل مضخم إحساس على واحد أو أكثر من خطوط البت ، والتي سنقدمها بالتفصيل لاحقًا في هذا القسم. الغرض من مكبر الإحساس هو تحويل التيار في خلية الذاكرة إلى كمية رقمية. في المنطقة الطرفية ، هناك بعض الأجهزة المطلوبة لشحن خلايا الذاكرة ، بالإضافة إلى أجهزة إدارة الجهد ، والدوائر المنطقية ، وغيرها من الأجهزة. تُستخدم PADs للتواصل مع الأجهزة الخارجية.