Bramka NAND
Bramka NAND (dysjunkcja) – bramka logiczna, która realizuje funkcję NAND. Znaczenie bramki przedstawia poniższa tablica prawdy:
| A | B | AB |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Bramki NAND wykorzystywane są – obok bramek NOR – w pamięciach flash. W stosunku do pamięci NOR pamięć NAND ma krótszy czas zapisu i kasowania, większą gęstość upakowania danych, korzystniejszy stosunek kosztu pamięci do jej pojemności oraz dziesięciokrotnie większą wytrzymałość.
Bramki NAND wytwarzane są w technologii CMOS i TTL.
-
schemat bramki NAND CMOS
-
schemat bramki NAND TTL
-
budowa bramki NAND CMOS
===========================
https://www.embedded.com/flash-101-types-of-nand-flash/
- Media społecznościowe
- Zaloguj się
13 lis 2018 / 12:12
Flash 101: Rodzaje NAND Flash
Personel osadzony
Dzielić:
Uwaga redaktora: Pamięć NAND i NOR Flash odgrywają integralną rolę w wszelkiego rodzaju systemach wbudowanych, ale pomyślna implementacja wymaga uważnej uwagi na kluczowe szczegóły — wszystkie opisane i wyjaśnione przez Avinash Aravindan w tej serii, Flash 101, która zawiera następujące artykuły wymienione w kolejności publikacji:
3 wrz 2024
GigaDevice Semiconductor rozszerza mapę produktów Arm MCU poprzez Arm Total Access
Przez: GigaDevice Semiconductor Inc.
12 cze 2024
IoT Innovations: Qualcomm debiutuje w nowych technologiach na Embedded World 2024
Przez: Qualcomm
- NAND Flash vs NOR Flash
- Interfejs elektryczny NOR Flash
- Interfejs elektryczny NAND Flash
- Rodzaje NAND Flash (ten artykuł)
- Błędy w NAND Flash
- Zarządzanie błędami w NAND Flash
W część 1z tej serii omawialiśmy główne różnice między NAND a NOR Flash. W część 2, skupiliśmy się na interfejsie elektrycznym różnych typów urządzeń NOR Flash oraz na tym, jak wpływa to na wybór i projekt urządzenia. Część 3 obejmował interfejs elektryczny różnych typów urządzeń NAND Flash oraz sposób, w jaki wpływa to na wybór i projekt urządzenia. Teraz my skoncentruje się na różnych typach NAND Flash w oparciu o ich wewnętrzną architekturę lub sposób przechowywania danych w komórkach pamięci.
Ponieważ koszt Flasha zależy od jego obszaru matrycy, Flash byłby bardziej opłacalny, gdyby więcej danych mogło być przechowywanych w tym samym obszarze. Istnieją trzy główne typy NAND Flash: komórka jednopoziomowa (SLC), komórka wielopoziomowa (MLC) i komórka potrójna (TLC). Jak sama nazwa wskazuje, TLC Flash przechowuje więcej danych w równoważnym obszarze niż MLC, który z kolei przechowuje więcej danych niż SLC. Inny typ NAND Flash jest znany jako 3D NAND lub V-NAND (Vertical-NAND). Ten typ Flasha osiąga większą gęstość, układając wiele warstw komórek pamięci pionowo na tym samym waflu.
Tranzystor pływający
W pierwszej części tej serii wspomniałem, że pamięci Flash przechowują informacje w komórkach pamięci wykonanych z tranzystorów pływających bram. Aby lepiej zrozumieć różne typy pamięci NAND Flash, spójrzmy na strukturę, działanie i ograniczenia tranzystorów pływających bram.
Tranzystor pływający lub pływająca brama MOSFET (FGMOS) jest dość podobny do zwykłego MOSFET, z tym wyjątkiem, że ma dodatkową izolowaną elektrycznie pływającą bramę między bramą a kanałem.
Rysunek 1: Tranzystor pływający lub pływająca bramka MOSFET (FGMOS) jest podobny do zwykłego MOSFET, z tym wyjątkiem, że ma dodatkową izolowaną elektrycznie pływającą bramę między bramą a kanałem.
Ponieważ pływająca brama jest izolowana elektrycznie, każdy elektron docierający do bramy zostanie tam uwięziony nawet po usunięciu napięcia. Zapewnia to nielotną właściwość pamięci. W przeciwieństwie do zwykłego MOSFET, który ma stałe napięcie progowe, napięcie progowe FGMOS będzie zależeć od ilości ładunku przechowywanego w pływającej bramie. Im więcej ładunku, tym wyższe napięcie progowe. Podobnie jak w przypadku zwykłego MOSFET, gdy napięcie przyłożone do bramki sterującej jest większe niż napięcie progowe, FGMOS zacznie przewodzić. Informacje przechowywane w FGMOS są zatem identyfikowane poprzez pomiar jego napięcia progowego i porównanie go ze stałym poziomem napięcia. Jest to określane jako operacja odczytu w pamięci Flash.
Elektrony można umieścić w pływającej bramie za pomocą dwóch metod: tunelowania Fowler-Nordheim lub wtrysku gorącego nośnika. W przypadku tunelowania Fowler-Nordheim między ujemnie naładowanym źródłem a dodatnio naładowaną bramą sterującą przykłada się silne pole elektryczne. Powoduje to, że elektrony ze źródła tunelują przez cienką warstwę tlenku i docierają do pływającej bramy. Napięcie wymagane do tunelowania zależy od grubości warstwy tlenku tunelu. Wtrysku gorącego nośnika przez kanał przepływa wysoki prąd, co zapewnia elektronom wystarczającą energię do tunelowania przez warstwę tlenku i dotarcia do pływającej bramy.
Elektrony można usunąć z pływającej bramy za pomocą tunelowania Fowler-Nordheim, stosując silne napięcie ujemne na bramce sterującej i silne napięcie dodatnie na zaciskach źródła i drenażu. Spowoduje to, że uwięzione elektrony tunelują z powrotem do kanału przez cienką warstwę tlenku. W pamięci Flash umieszczenie elektronów w pływającej bramie jest uważane za operację programu / zapisu, a usunięcie elektronów jest uważane za operację wymazywania.
Proces tunelowania ma poważną wadę: stopniowo uszkadza warstwę tlenku. Jest to określane jako zużycie w pamięci Flash. Za każdym razem, gdy komórka jest programowana lub usuwana, kilka elektronów utknęło w warstwie tlenku, zużywając w ten sposób warstwę tlenku. Gdy warstwa tlenku osiągnie punkt, w którym nie można już odróżnić niezawodności między stanem zaprogramowanym i skasowanym, komórkę uważa się za złą lub zużytą. Ponieważ operacje odczytu nie wymagają tunelowania, nie zużywają komórki. Właśnie dlatego żywotność pamięci Flash jest wyrażana jako liczba cykli programu / wymazywania (P / E), które może obsługiwać. Zrozumienie typowej i maksymalnej wydajności programu / wymazania zawiera wyjaśnienie, w jaki sposób obliczane są typowe i maksymalne wartości wydajności programu i kasowania.
Komórka jednopoziomowa (SLC) NAND Flash
W SLC Flash każda komórka pamięci przechowuje tylko jeden bit informacji: logikę 0 lub logikę 1. Napięcie progowe ogniwa jest porównywane z pojedynczym poziomem napięcia, a bit jest uważany za logikę 0, jeśli napięcie jest powyżej poziomu, i jako logikę 1, jeśli poniżej.
Rysunek 2: Napięcie w ogniwie SLC Flash jest porównywane z napięciem progowym w celu ustalenia, czy jest to logika 0 (powyżej progu) czy logika 1 (poniżej progu).
Ponieważ istnieją tylko dwa poziomy, margines napięcia między tymi dwoma poziomami może być dość wysoki. Dzięki temu czytanie komórki jest łatwiejsze i szybsze. Szybkość błędu suwaka (RBER) jest również niska ze względu na mniejszy wpływ wycieków lub zakłóceń podczas operacji odczytu ze względu na większy margines napięcia. Niski RBER zmniejsza również liczbę bitów ECC wymaganych dla danego bloku danych.
Kolejną zaletą dużego marginesu napięcia jest to, że efekt zużycia jest stosunkowo mniejszy, ponieważ niewielki wyciek ładunków będzie miał stosunkowo mniejszy wpływ. Szerszy rozkład dla każdego poziomu logiki pomaga zaprogramować lub usunąć komórki przy niższych napięciach, co dodatkowo zwiększa wytrzymałość komórki, z kolei zwiększając liczbę cykli życia P / E.
Jedną wadą jest wyższy koszt na komórkę w porównaniu z innymi typami Flasha, które przechowują więcej danych w tym samym obszarze matrycy. SLC Flash jest często stosowany w aplikacjach, które nie są wrażliwe na koszty i wymagają wysokiej niezawodności i trwałości, takich jak aplikacje przemysłowe i korporacyjne z dużą liczbą wymaganych cykli P / E.
Multi Level Cell (MLC) NAND Flash
W MLC Flash każda komórka pamięci przechowuje dwa bity informacji, tj. 00, 01, 10 i 11. W tym przypadku napięcie progowe jest porównywane z trzema poziomami (łącznie 4 pasma napięcia).
Rysunek 3: Napięcie w ogniwie flash MLC jest porównywane z trzema napięciami progowymi w celu ustalenia jego logicznej wartości dwubitowej.
Przy większej liczbie poziomów do porównania, operacja odczytu musi być bardziej precyzyjna, co powoduje, że odczyty są wolniejsze w porównaniu do SLC Flash. Szybkość błędu suwaka (RBER) jest również stosunkowo wyższa ze względu na niższy margines napięcia i potrzeba więcej bitów ECC dla danego bloku danych. Efekt zużycia jest teraz bardziej znaczący, ponieważ każdy wyciek ładunków będzie miał większy wpływ względny w porównaniu z SLC Flash, co z kolei zmniejszy liczbę cykli P / E w ciągu całego życia.
Działanie programu jest również znacznie wolniejsze, ponieważ programowanie musi być wykonane ostrożnie, aby przechowywać ładunek w ciasnym oknie wymaganym dla każdego poziomu logiki. Podstawową zaletą jest niższy koszt na bit, który jest 2-4 razy niższy niż SLC Flash. MLC Flash jest często stosowany w aplikacjach bardziej wrażliwych na koszty, takich jak elektronika użytkowa lub systemy gier, w których wydajność, niezawodność i trwałość nie są tak krytyczne, a liczba wymaganych cykli P / E w ciągu całego życia jest stosunkowo niska. SLC Versus MLC NAND Flash Memory oferuje bardziej szczegółowe porównanie pamięci SLC i MLC Flash.
Enterprise Multi Level Cell (eMLC) NAND Flash
Niska niezawodność i trwałość MLC Flash sprawia, że są one niepożądane w aplikacjach korporacyjnych, a niski koszt jest czynnikiem napędzającym. Aby uzyskać zalety niższych kosztów, producenci Flash stworzyli zoptymalizowaną klasę MLC Flash o wyższej niezawodności i trwałości znanej jako eMLC. Gęstość danych jest często zmniejszana w eMLC, co zapewnia lepsze marginesy napięcia w celu poprawy niezawodności. Wolniejsze kasowanie i cykle programowe są zwykle stosowane w celu zmniejszenia efektu zużycia i poprawy trwałości. Istnieje wiele innych technik poprawiających niezawodność i trwałość eMLC, która różni się w zależności od producenta.
Triple Level Cell (TLC) NAND Flash
W TLC Flash każda komórka pamięci przechowuje 3 bity informacji. Napięcie progowe jest teraz porównywane z siedmioma poziomami (łącznie 8 pasm napięcia).
Rysunek 4: Napięcie w ogniwie TLC Flash jest porównywane z siedmioma napięciami progowymi w celu ustalenia jego logicznej wartości trzybitowej.
Przy znacznie większej liczbie poziomów do porównania, operacje odczytu muszą być bardzo precyzyjne i powolne w porównaniu do SLC Flash. Szybkość błędu suwaka (RBER) jest również wysoka, co zwiększa zapotrzebowanie na jeszcze więcej bitów ECC dla danego bloku danych. Wzmocniono również efekt zużycia, drastycznie zmniejszając liczbę cykli P / E w całym okresie życia. Działanie programu jest również wolniejsze, ponieważ napięcie musi być precyzyjne, aby przechowywać ładunek w bardziej rygorystycznym oknie wymaganym dla każdego poziomu logiki.
Kluczową zaletą jest najniższy koszt na bit, który jest znacznie niższy w porównaniu do SLC lub MLC Flash. TLC Flash jest stosowany w aplikacjach o wysokiej wrażliwości na koszty i mniejszym zapotrzebowaniu na cykl P / E o wysokiej żywotności, takich jak aplikacje konsumenckie.
Porównanie SLC, MLC, eMLC i TLC
Porównanie głównych parametrów różnych typów Flasha, przy założeniu podobnych procesów litograficznych, podano w tabeli 1. Wartości mają jedynie charakter orientacyjny do porównania wydajności i mogą nie być dokładne pod względem określonego produktu pamięci.
| Funkcja | SLC | MLC | eMLC | TLC |
| Bity na komórkę | 1 | 2) | 2) | 3 |
| Koszt za bit | Najwyższy | Umiarkowany | Umiarkowany | Najniższy |
| Cykle P / E | 100 000 | 3000 | 10 000 | <1000 |
| Przechowywanie danych | 10 lat | 1 rok | 1 rok | 1 rok |
| Czytać | 25 µs | 50 do 60 µs | 50 do 60 µs | 105 µs |
| Program | 200 µs | 1,1 ms do 1,3 ms | 2ms | 4,65 ms |
| Usuń | 2ms | 3 do 4ms | 6ms | 10ms |
| ECC (na 512 bajtów) * | 1-bit do 12-bit | 4-bit do 40-bit | 4-bit do 40-bit | Ponad 60 bitów |
Tabela 1: Porównanie głównych parametrów każdego z różnych typów Flasha.
* Liczba bitów ECC zależy od węzła technologicznego; mniejsze węzły technologiczne wymagają więcej bitów ECC.
Flash 3D NAND
Wszystkie omówione powyżej wspomnienia Flash są dwuwymiarowe, co oznacza, że komórki pamięci są rozmieszczone tylko w płaszczyźnie X-Y płytki. Dzięki technologii 2D Flash jedynym sposobem na osiągnięcie większej gęstości w tym samym waflu jest zmniejszenie procesu litograficznego. Minusem tego jest to, że błędy w NAND Flash są częstsze w przypadku mniejszych węzłów litograficznych. Ponadto istnieje ograniczenie w minimalnym węźle litograficznym, którego można użyć.
Aby zwiększyć gęstość pamięci, producenci opracowali technologię 3D NAND lub V-NAND (pionowy NAND), która układa komórki pamięci w płaszczyźnie Z na tym samym waflu. Budowanie w ten sposób pomaga osiągnąć dużą gęstość bitów dla tego samego obszaru matrycy. W 3D NAND Flash komórki pamięci są połączone jako ciągi pionowe w przeciwieństwie do ciągów poziomych w 2D NAND.
Pierwsze produkty Flash 3D miały 24 warstwy. Dzięki postępowi tej technologii sfabrykowano 32-, 48-, 64-, a nawet 96-warstwowe pamięci Flash 3D. Zaletą 3D Flash jest znacznie większa liczba komórek pamięci w tym samym obszarze. Umożliwia to również producentom stosowanie większych procesów litograficznych w celu wytworzenia bardziej niezawodnego Flasha.
Kolejną ważną zmianą technologii obserwowaną w 3D Flash jest użycie pułapki ładowania Flash zamiast tranzystora pływającej bramy. Pułapka ładunkowa jest podobna do FGMOS pod względem struktury, z tym wyjątkiem, że pływająca brama jest zastąpiona folią z azotku krzemu. Należy pamiętać, że pułapki ładowania nie były szeroko stosowane na rynku z powodu trudności w produkcji na dużą skalę. Technologia pułapki ładowania została przyjęta do stosowania w 3D Flash ze względu na trudności w wytwarzaniu pionowych ciągów pływających tranzystorów bramkowych i inne nieodłączne zalety pułapki ładowania.
Pamięć oparta na pułapce ładowania ma wiele zalet w porównaniu z FGMOS. Pamięć oparta na pułapce ładowania może być programowana i usuwana przy niższych napięciach, co poprawia trwałość. Ponieważ warstwa pułapkowa (azotek) jest warstwą izolacyjną, ładunek nie przecieka, zwiększając w ten sposób niezawodność. Ponieważ ładunek nie przepływa z jednej strony pułapki ładunkowej na drugą, na tej samej warstwie pułapki można zapisać więcej niż jeden bit. Cypress (wcześniej Spansion) skutecznie wykorzystał tę funkcję w pamięci NOR Flash, zwanej technologią MirrorBit, do przechowywania dwóch bitów danych w jednej komórce pamięci podobnej do MLC Flash.
Przyszłe trendy
Wszyscy główni producenci Flash agresywnie pracują nad różnymi metodami, aby zmniejszyć koszt Flasha, jednocześnie tworząc produkty przydatne w różnych aplikacjach. Trwają aktywne badania mające na celu zwiększenie liczby warstw pionowych w 3D NAND Flash. Podczas gdy 15 nm wydaje się być obecnie najmniejszym udanym węzłem dla NAND Flash, nadal dąży się do zmniejszenia węzłów litograficznych dla Flash. Aktywnie badane jest również łączenie technologii MLC i TLC z 3D NAND Flash, a wielu producentów już odniosło sukces. Wraz z pojawieniem się nowszych technologii możemy wkrótce zobaczyć komórki pamięci, które mogą przechowywać bajt danych i pionowe warstwy sięgające 256 warstw, a nawet dalej.
W części 5 skupimy się na różnych błędach związanych z lampą błyskową NAND.
- NAND Flash vs NOR Flash
- Interfejs elektryczny NOR Flash
- Interfejs elektryczny NAND Flash
- Rodzaje NAND Flash (ten artykuł)
- Błędy w NAND Flash
- Zarządzanie błędami w NAND Flash
Avinash Aravindan jest inżynierem systemów pracowniczych w Cypress Semiconductor. Do jego obowiązków należy określanie wymagań technicznych i projektowanie zestawów programistycznych opartych na PSoC, projektowanie systemu, przegląd techniczny projektów systemów i pisanie techniczne. Ma 8 + lat doświadczenia w branży. Uzyskał tytuł magistra magistra w dziedzinie badań technologii informacyjnych i komunikacyjnych (MERIT) na Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, Hiszpania oraz B.Tech na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Cochin, Cochin, Indie. Jego zainteresowania obejmują systemy wbudowane, projektowanie szybkich systemów, projektowanie systemów sygnałów mieszanych i przetwarzanie sygnałów statystycznych.
Personel osadzony
Komentarze(0):
Zaloguj się, aby zostawić komentarz
Być może przegapiłeś
Kategorie
Newsletter
Zapisz się na nasz codzienny biuletyn!
Zarejestruj się
© 2024 osadzony.com przez AspenCore, Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.
==========================
Pobierz naszą przeglądarkę dla systemu Windows
Chroń swoje dane podczas wyszukiwania i przeglądania.