Архитектуры флэш-памяти

Рис. 2. Распределение пороговых напряжений для мульти ячеек.

Для создания реальных многоуровневых ячеек необходимо уметь размещать точное количество заряда, а потом его точно измерять.

В настоящее время, мульти ячейки широко используются в различных устройствах флэш-памяти.

Следует отметить проблемы реализации связанные с устранением шума и постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении (не более одного электрона в день). Возникает задача поиска предельного числа бит, которое способна хранить многоуровневая ячейка, обеспечивая при этом надежную работу. Эти задачи решаются до сих пор, и очевидно будут решаться постоянно.

 

Очевидно, что для того, чтобы перейти от отдельных ячеек к массиву памяти, их надо как то объединить. Основные типы соединений ячеек в массивы памяти на сегодняшний день – это NOR (ИЛИ-НЕ) и NAND (И - НЕ).

Тип соединения NOR (ИЛИ-НЕ) предполагает подключение ячейки к двум перпендикулярным линиям - битов и слов (Рис .3).

Если хотя бы один из транзисторов проводит ток, линия битов переходит в состояние «0». А с помощью линии слов происходит выбор читаемой ячейки. Все ячейки памяти NOR подключены к битовым линиям параллельно.

Тип соединения - NAND (И - НЕ) (Рис. 3) предусматривает переход битовой линии в состояние «0», если ток проводят все транзисторы. Ячейки в данном случае подсоединяются к битовой линии сериями. Основная специфика — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от NOR, здесь имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы. Чипы этого типа более компактны. Недостатки заключаются в более низкой по сравнению с NOR скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа. Для преодоления низкой скорости чтения используется встроенный кэш.

На основе основных типов соединения ячеек формируются архитектуры флэш-памяти.

Рис. 3. Соединения ячеек.

Необходимо отметить, что архитектура флэш-памяти влияет на области ее применения. Адресное пространство NOR-памяти позволяет работать с отдельными байтами или словами (2 байта). В NAND-памяти ячейки группируются в небольшие блоки (по аналогии с кластером жесткого диска). Из этого следует, что при последовательном чтении и записи преимущество по скорости будет у NAND.

Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса.

Что касается NOR, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобильных устройств и т.п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате или в одном чипе). В качестве примера такого использования приведем разработку компании «Gumstix Technology» одноплатный компьютер «Gumstix Verdex Pro ХМ 4» размером с пластинку жвачки. Внешний вид и данные приведены на Рис. 4. Слева внешний вид реальной платы с дух сторон, справа компьютерный чертеж.

Необходимо отметить, что в микросхемах флэш - памяти вместе с массивом ячеек располагается множество вспомогательных узлов.

· Контроллер, управляющий процессами ввода-вывода и идентификации схемы.

· Мультиплексоры (команд–адреса–данных), позволяющие упаковать кристалл с увеличенным количеством запоминающих ячеек в корпус с тем же числом выводов, при этом совместив функции отдельных ножек.

· Генератор программирующего напряжения, не требующий внешних компонентов.

· Внутренний кэш, позволяющий ускорить обмен данными с внешними устройствами.