Вопреки бытующему мнению, название Flash применительно к типу памяти переводится не как «вспышка». По одной из версий это слово впервые было использовано в 1989-90 году компанией Toshiba в значении «быстрый, мгновенный» при описании ее новых микросхем. Вообще же, первопроходцем в этой области была Intel, представившая в 1988 году флэш-память с архитектурой NOR. Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND, которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш. Собственно, на сегодняшний день это два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства. В этой статье мы попытаемся понять их устройство, принцип работы, а также рассмотрим различные варианты практического использования.
NOR
Поскольку память с архитектурой NOR считается первой представительницей семейства Flash, с нее и начнем. Схема логического элемента, собственно, давшего ей название (NOR —Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»), приведена на рисунке 1 (справа). С ее помощью осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Эти преобразования необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейки памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке 2. Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет собой транзистор с двумя изолированными затворами — управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью последнего является способность удерживать электроны, то есть заряд. Также в ячейке имеются так называемые «сток» и «исток». При программировании между ними под воздействием положительного поля на управляющем затворе создается канал —поток электронов. Некоторые из электронов благодаря наличию большей энергии преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет. Определенный заряд на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше него, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания же информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. В технологиях различных производителей этот принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтению данных из ячейки.
Хочу также обратить ваше внимание на то, что в структуре флэш-памяти для хранения 1 бита информации задействуется только один элемент (транзистор), в то время как в энергозависимых типах памяти для этого требуется несколько транзисторов и конденсатор. Это позволяет существенно уменьшить размеры выпускаемых микросхем, упростить технологический процесс, а следовательно, и снизить себестоимость.
Но и один бит, оказывается, не предел. Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации. Кроме того, существуют пробные образцы с 4-битными ячейками! В такой памяти используется технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру. Отличие заключается в том, что их заряд делится на несколько уровней, каждому из которых в соответствие ставится определенная комбинация бит. Теоретически прочитать/записать можно и более 4-х бит, однако на практике возникают проблемы с устранением шумов и с постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении.
Вообще же, для ячеек существующих на сегодняшний день микросхем памяти характерно время хранения информации, измеряемое годами, и число циклов чтения/записи — от 100 тысяч до нескольких миллионов.
Из недостатков, в частности у флэш-памяти с архитектурой NOR, стоит отметить плохую масштабируемость. То есть нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Данная ситуация объясняется способом организации матрицы ячеек: в NOR архитектуре к каждому транзистору надо подвести индивидуальный контакт. Гораздо лучше в этом плане обстоят дела у флэш-памяти с архитектурой NAND.
Комментариев нет:
Отправить комментарий