Флэш-память

«FlashROM» перенаправляется сюда. Сведения об утилите программирования см. в разделе Flashrom (утилита) .

Чтобы узнать о нейропсихологической концепции, связанной с человеческой памятью, см. «Память-вспышка» .

Разобранная флешка 2005 года. Чип слева - флеш-память. Контроллер . находится справа

Флэш-память — это электронный энергонезависимый в компьютерной памяти носитель информации , который можно электрически стирать и перепрограммировать. Два основных типа флэш-памяти, флэш-память NOR и флэш-память NAND , названы в честь NOR и NAND логических элементов . Оба используют одинаковую конструкцию ячейки, состоящую из с плавающим затвором МОП-транзисторов . Они различаются на уровне схемы в зависимости от того, находится ли состояние битовой линии или строк слов в высоком или низком уровне: во флэш-памяти NAND взаимосвязь между битовой линией и строками слов напоминает вентиль NAND; во флэш-памяти NOR он напоминает вентиль NOR.

Флэш-память, тип памяти с плавающим затвором , была изобретена компанией Toshiba в 1980 году и основана на технологии EEPROM . Toshiba начала продавать флэш-память в 1987 году. СППЗУ необходимо было полностью стереть, прежде чем их можно было перезаписать. Однако флэш-память NAND можно стирать, записывать и читать блоками (или страницами), которые обычно намного меньше, чем все устройство. одно машинное слово Флэш-память NOR позволяет записать в стертое место или прочитать его независимо. Устройство флэш-памяти обычно состоит из одной или нескольких микросхем флэш-памяти (каждая из которых содержит множество ячеек флэш-памяти), а также отдельной микросхемы контроллера флэш-памяти .

Тип NAND встречается в основном в картах памяти , USB-накопителях , твердотельных накопителях (выпускаемых с 2009 года), функциональных телефонах , смартфонах и подобных продуктах для общего хранения и передачи данных. Флэш-память NAND или NOR также часто используется для хранения данных конфигурации в цифровых продуктах, и эта задача ранее была возможна благодаря EEPROM или статической оперативной памяти с батарейным питанием . Ключевым недостатком флэш-памяти является то, что она может выдержать лишь относительно небольшое количество циклов записи в определенном блоке.

Флеш-память NOR известна своими возможностями прямого произвольного доступа, что делает ее подходящей для непосредственного выполнения кода. Его архитектура обеспечивает доступ к отдельным байтам, обеспечивая более высокую скорость чтения по сравнению с флэш-памятью NAND. Флэш-память NAND работает с другой архитектурой, основанной на последовательном доступе. Это делает NAND подходящим для хранения данных с высокой плотностью, но менее эффективным для задач произвольного доступа. Флэш-память NAND часто используется в сценариях, где экономичное хранилище большой емкости имеет решающее значение, например, в USB-накопителях, картах памяти и твердотельных накопителях ( SSD ).

Основное отличие заключается в вариантах использования и внутренней структуре. Флэш-память NOR оптимальна для приложений, требующих быстрого доступа к отдельным байтам, например, во встроенных системах для выполнения программ. С другой стороны, флэш-память NAND отлично подходит для сценариев, требующих экономичного хранилища большой емкости с последовательным доступом к данным.

Флэш-память используется в компьютерах , КПК , цифровых аудиоплеерах , цифровых камерах , мобильных телефонах , синтезаторах , видеоиграх , научных приборах , промышленной робототехнике и медицинской электронике . Флэш-память имеет быстрое время доступа для чтения , но оно не такое быстрое, как статическое ОЗУ или ПЗУ. В портативных устройствах предпочтительно использовать флэш-память из-за ее устойчивости к механическим ударам, поскольку механические приводы более подвержены механическим повреждениям.

Поскольку циклы стирания медленные, большие размеры блоков, используемые при стирании флэш-памяти, дают ей значительное преимущество в скорости по сравнению с нефлэш-памятью EEPROM при записи больших объемов данных. По состоянию на 2019 год Флэш-память стоит значительно дешевле, чем байтово-программируемая EEPROM, и стала доминирующим типом памяти везде, где системе требовался значительный объем энергонезависимой твердотельной памяти . Однако EEPROM по-прежнему используются в приложениях, которым требуется лишь небольшой объем памяти, например, при обнаружении последовательного присутствия .

В корпусах флэш-памяти можно использовать стекирование кристаллов со сквозными кремниевыми переходными отверстиями и несколько десятков слоев ячеек 3D TLC NAND (на каждый кристалл) одновременно для достижения емкости до 1 тебибайта на корпус с использованием 16 сложенных кристаллов и встроенного флэш-контроллера в качестве отдельного кристалла внутри. пакет.

История

Фон

Истоки флэш-памяти можно проследить до разработки МОП-транзистора с плавающим затвором (FGMOS) , также известного как транзистор с плавающим затвором. Оригинальный MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), также известный как МОП-транзистор, был изобретен египетским инженером Мохамедом М. Аталлой и корейским инженером Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. Кан продолжил разработку варианта МОП-транзистора с плавающим затвором вместе с тайваньско-американским инженером Саймоном Мин Сзе в Bell Labs в 1967 году. Они предположили, что его можно использовать в качестве ячеек памяти с плавающим затвором для хранения программируемой постоянной памяти ( PROM ), которая является одновременно энергонезависимой и перепрограммируемой.

Ранние типы памяти с плавающим затвором включали EPROM (стираемое PROM) и EEPROM (электрически стираемое PROM) в 1970-х годах. Однако ранняя память с плавающим затвором требовала от инженеров создания ячейки памяти для каждого бита данных, что оказалось громоздким процессом. медленный, и дорогой, в 1970-х годах память с плавающим затвором ограничивалась нишевыми приложениями, такими как военная техника и первые экспериментальные мобильные телефоны .

Изобретение и коммерциализация

Фудзио Масуока , работая в Toshiba , предложил новый тип памяти с плавающим затвором, который позволял быстро и легко стирать целые разделы памяти путем подачи напряжения на один провод, подключенный к группе ячеек. Это привело к изобретению Масуокой флэш-памяти в компании Toshiba в 1980 году. По словам Тошибы, название «вспышка» было предложено коллегой Масуоки, Сёдзи Ариизуми, поскольку процесс стирания содержимого памяти напоминал ему вспышку фотокамеры . Масуока и его коллеги представили изобретение вспышки NOR в 1984 году. а затем флэш-память NAND на Международной конференции по электронным устройствам IEEE 1987 (IEDM), проходившей в Сан-Франциско.

Toshiba коммерчески выпустила флэш-память NAND в 1987 году. Корпорация Intel представила первый коммерческий флэш-чип типа NOR в 1988 году. Флэш-память на основе NOR имеет длительное время стирания и записи, но обеспечивает полную адресацию и шины данных , обеспечивая произвольный доступ к любой ячейке памяти . Это делает его подходящей заменой более старым микросхемам постоянной памяти компьютера BIOS или прошивки телеприставок (ПЗУ), которые используются для хранения программного кода, который редко нуждается в обновлении, например , . Ее срок службы может составлять всего лишь 100 циклов стирания встроенной флэш-памяти. до более типичных 10 000 или 100 000 циклов стирания, вплоть до 1 000 000 циклов стирания. Флэш-память на основе NOR была основой первых съемных носителей на основе флэш-памяти; Первоначально на его основе была основана CompactFlash , хотя позже карты перешли на менее дорогую флэш-память NAND.

Флэш-память NAND сокращает время стирания и записи и требует меньше площади микросхемы на ячейку, что обеспечивает большую плотность хранения и более низкую стоимость бита, чем флэш-память NOR. Однако интерфейс ввода-вывода флэш-памяти NAND не обеспечивает внешнюю адресную шину с произвольным доступом. Скорее, данные должны считываться поблочно, с типичными размерами блоков от сотен до тысяч бит. Это делает флэш-память NAND непригодной в качестве замены программного ПЗУ, поскольку большинству микропроцессоров и микроконтроллеров требуется произвольный доступ на уровне байтов. В этом отношении флэш-память NAND аналогична другим вторичным устройствам хранения данных , таким как жесткие диски и оптические носители , и поэтому очень подходит для использования в устройствах массовой памяти, таких как карты памяти и твердотельные накопители (SSD). Например, твердотельные накопители хранят данные с использованием нескольких микросхем флэш-памяти NAND.

Первым форматом съемных карт памяти на основе NAND был SmartMedia , выпущенный в 1995 году. За ним последовало множество других, в том числе MultiMediaCard , Secure Digital , Memory Stick и xD-Picture Card .

Более поздние события

Новое поколение форматов карт памяти, включая RS-MMC , miniSD и microSD , имеют чрезвычайно малые форм-факторы. Например, карта microSD имеет площадь чуть более 1,5 см. ² , толщиной менее 1 мм.

Флеш-память NAND достигла значительного уровня плотности памяти благодаря нескольким крупным технологиям, которые были коммерциализированы в конце 2000-х - начале 2010-х годов.

Флэш-память NOR была наиболее распространенным типом флэш-памяти, продаваемой до 2005 года, когда флэш-память NAND обогнала флэш-память NOR по продажам.

Технология многоуровневых ячеек (MLC) хранит более одного бита в каждой ячейке памяти . В 1998 году компания NEC продемонстрировала многоуровневых ячеек технологию   (MLC) с микросхемой флэш-памяти емкостью 80 МБ , хранящей 2 бита на ячейку. STMicroelectronics также продемонстрировала MLC в 2000 году с   64 МБ чипом флэш-памяти NOR емкостью . В 2009 году Toshiba и SanDisk представили флэш-чипы NAND с технологией QLC, хранящие 4 бита на ячейку и емкостью 64   Гбит. Компания Samsung Electronics представила технологию трехуровневых ячеек (TLC), сохраняющую 3 бита на ячейку, и начала массовое производство чипов NAND с технологией TLC в 2010 году.

Вспышка ловушки заряда

Основная статья: Вспышка ловушки заряда

Технология флэш-ловушки заряда (CTF) заменяет плавающий затвор из поликремния, который расположен между оксидом блокирующего затвора вверху и туннельным оксидом под ним, на электроизолирующий слой нитрида кремния; слой нитрида кремния захватывает электроны. Теоретически CTF менее склонен к утечке электронов, что обеспечивает лучшее сохранение данных.

Поскольку CTF заменяет поликремний электроизолирующим нитридом, он позволяет использовать ячейки меньшего размера и повысить долговечность (меньшую деградацию или износ). Однако электроны могут захватываться и накапливаться в нитриде, что приводит к деградации. Утечка усиливается при высоких температурах, поскольку с повышением температуры электроны становятся более возбужденными. Однако в технологии CTF по-прежнему используются туннельный оксид и блокирующий слой, которые являются слабыми местами технологии, поскольку их все еще можно повредить обычными способами (туннельный оксид может разрушаться из-за чрезвычайно сильных электрических полей, а блокирующий слой из-за анода Инъекция в горячую дырку (AHHI).

Деградация или износ оксидов являются причиной того, что флэш-память имеет ограниченный срок службы, а срок хранения данных снижается (потенциал потери данных увеличивается) с увеличением деградации, поскольку оксиды теряют свои электроизоляционные характеристики по мере разложения. Оксиды должны изолировать электроны, чтобы предотвратить их утечку, которая может привести к потере данных.

В 1991 году исследователи NEC, в том числе Н. Кодама, К. Ояма и Хироки Шираи, описали тип флэш-памяти с методом улавливания заряда. В 1998 году Боаз Эйтан из компании Saifun Semiconductors (позже приобретенной Spansion ) запатентовал технологию флэш-памяти под названием NROM, в которой использовался слой улавливания заряда для замены обычного плавающего затвора, используемого в традиционных конструкциях флэш-памяти. В 2000 году исследовательская группа Advanced Micro Devices (AMD) под руководством Ричарда М. Фастоу, египетского инженера Халеда З. Ахмеда и иорданского инженера Самира Хаддада (который позже присоединился к Spansion) продемонстрировала механизм улавливания заряда для ячеек флэш-памяти NOR. Позже в 2002 году CTF был коммерциализирован AMD и Fujitsu . Технология 3D V-NAND (вертикальная NAND) размещает ячейки флэш-памяти NAND вертикально внутри чипа с использованием технологии 3D-флэш-памяти с ловушкой заряда (CTP). Технология 3D V-NAND была впервые анонсирована компанией Toshiba в 2007 году. а первое устройство с 24 слоями было впервые коммерциализировано компанией Samsung Electronics в 2013 году.

Технология 3D-интегральных схем

Технология 3D-интегральных схем (3D IC) объединяет микросхемы интегральных схем (ИС) вертикально в один корпус 3D-ИС. Toshiba представила технологию 3D IC для флэш-памяти NAND в апреле 2007 года, когда они представили встроенную микросхему флэш-памяти NAND емкостью 16   ГБ , совместимую с eMMC (номер продукта THGAM0G7D8DBAI6, часто сокращенно THGAM на потребительских веб-сайтах), которая производилась из восьми установленных друг на друга флэш   -чипов NAND емкостью 2 ГБ. . В сентябре 2007 года компания Hynix Semiconductor (теперь SK Hynix ) представила 24-слойную технологию 3D IC с   чипом флэш-памяти емкостью 16 ГБ, который был изготовлен из 24 сложенных друг на друга флэш-чипов NAND с использованием процесса соединения пластин. Toshiba также использовала восьмислойную 3D-ИС для своего   флэш-чипа THGBM емкостью 32 ГБ в 2008 году. В 2010 году Toshiba использовала 16-слойную 3D-ИС для своего   флэш-чипа THGBM2 емкостью 128 ГБ, который был изготовлен из 16 сложенных друг на друга   чипов по 8 ГБ. В 2010-х годах 3D-ИС получили широкое коммерческое использование в качестве флэш-памяти NAND в мобильных устройствах .

В 2016 году Micron и Intel представили технологию, известную как CMOS Under the Array/CMOS Under Array (CUA), Core over Periphery (COP), Periphery Under Cell (PUA) или Xtacking. в котором схема управления флэш-памятью расположена под или над массивом ячеек флэш-памяти. Это позволило увеличить количество плоскостей или секций микросхемы флэш-памяти с 2 до 4 без увеличения площади, предназначенной для схем управления или периферии. Это увеличивает количество операций ввода-вывода на флэш-чип или кристалл, но также создает проблемы при создании конденсаторов для насосов заряда, используемых для записи во флэш-память. Некоторые матрицы имеют до 6 плоскостей.

карты microSD емкостью до 400 ГБ (400 миллиардов байт). По состоянию на август 2017 года доступны В том же году компания Samsung объединила стекирование микросхем 3D IC с технологиями 3D V-NAND и TLC для производства   чипа флэш-памяти KLUFG8R1EM емкостью 512 ГБ с восемью сложенными друг в друга 64-слойными чипами V-NAND. В 2019 году Samsung выпустила флэш-чип емкостью 1024   ГБ с восемью сложенными друг на друга 96-слойными чипами V-NAND и с технологией QLC.

Принципы работы

Ячейка флэш-памяти

Флэш-память хранит информацию в массиве ячеек памяти, состоящих из транзисторов с плавающим затвором . В устройствах с одноуровневой ячейкой (SLC) каждая ячейка хранит только один бит информации. Устройства с многоуровневыми ячейками (MLC), включая устройства с трехуровневыми ячейками (TLC), могут хранить более одного бита на ячейку.

Плавающий затвор может быть проводящим (обычно поликремний в большинстве типов флэш-памяти) или непроводящим (как во флэш-памяти SONOS ).

МОП-транзистор с плавающим затвором

Основная статья: МОП-транзистор с плавающим затвором

Во флэш-памяти каждая ячейка памяти напоминает стандартный полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), за исключением того, что транзистор имеет два затвора вместо одного. Ячейки можно рассматривать как электрический переключатель, в котором ток течет между двумя клеммами (исток и сток) и управляется плавающим затвором (FG) и управляющим затвором (CG). CG похож на затвор в других МОП-транзисторах, но под ним находится FG, изолированный со всех сторон оксидным слоем. FG вставлен между CG и каналом MOSFET. Поскольку ФГ электрически изолирован своим изолирующим слоем, помещенные на него электроны захватываются. Когда ФГ заряжается электронами, этот заряд экранирует электрическое поле от КГ, тем самым увеличивая пороговое напряжение (V _T ) ячейки. Это означает, что V _T ячейки может быть изменена между пороговым напряжением незаряженного FG (V _T1 ) и более высоким пороговым напряжением заряженного FG (V _T2 ) путем изменения заряда FG. Чтобы прочитать значение из ячейки, необходимо подать промежуточное напряжение (В _I ) между V _T1 и V _T2 подается на ЦТ. Если канал проводит ток при VI _, то ФГ должен быть незаряженным (если бы он был заряжен, то проводимости не было бы, поскольку VI _меньше VT2 ₎ . Если канал не проводит ток на VI _, это указывает на то, что ФГ заряжен. Двоичное значение ячейки определяется путем определения того, протекает ли ток через транзистор, когда V _I выдается на CG. В многоуровневом ячеистом устройстве, хранящем более одного бита на ячейку, измеряется величина тока (а не просто его наличие или отсутствие), чтобы более точно определить уровень заряда ФГ.

МОП-транзисторы с плавающим затвором названы так потому, что между плавающим затвором и кремнием имеется электроизолирующий туннельный оксидный слой, поэтому затвор «плавает» над кремнием. Оксид удерживает электроны в плавающем затворе. Деградация или износ (и ограниченный срок службы флэш-памяти с плавающим затвором) происходят из-за чрезвычайно сильного электрического поля (10 миллионов вольт на сантиметр), которому подвергается оксид. Такая высокая плотность напряжения может со временем разрушать атомные связи в относительно тонком оксиде, постепенно ухудшая его электроизоляционные свойства и позволяя электронам захватываться и свободно проходить (утечка) из плавающего затвора в оксид, увеличивая вероятность потери данных. поскольку электроны (количество которых используется для представления различных уровней заряда, каждый из которых соответствует разной комбинации битов в MLC Flash) обычно находятся в плавающем затворе. Вот почему срок хранения данных снижается, а риск потери данных увеличивается с увеличением деградации. Оксид кремния в ячейке разлагается при каждой операции стирания. Деградация со временем увеличивает количество отрицательного заряда в ячейке из-за захваченных электронов в оксиде и сводит на нет часть напряжения управляющего затвора. Это со временем также замедляет стирание ячейки, чтобы сохранить производительность и надежность чипа NAND. , ячейка должна быть выведена из использования. Срок службы также уменьшается с увеличением количества бит в ячейке. Чем больше битов в ячейке, тем больше возможных состояний (каждое из которых представлено разным уровнем напряжения) в ячейке, и она становится более чувствительной к напряжениям, используемым для программирования. Напряжения можно регулировать, чтобы компенсировать деградацию оксида кремния, и по мере увеличения количества битов количество возможных состояний также увеличивается, и, таким образом, ячейка становится менее терпимой к корректировкам программирования напряжений, поскольку между уровнями напряжения меньше места. которые определяют каждое состояние в ячейке.

Туннель Фаулера – Нордхейма

Основная статья: Туннель Фаулера – Нордхейма

Процесс перемещения электронов из управляющего затвора в плавающий затвор называется туннелированием Фаулера-Нордгейма , и он фундаментально меняет характеристики ячейки за счет увеличения порогового напряжения полевого МОП-транзистора. Это, в свою очередь, изменяет ток сток-исток, протекающий через транзистор при заданном напряжении на затворе, которое в конечном итоге используется для кодирования двоичного значения. Эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма обратим, поэтому электроны могут добавляться к плавающему затвору или удаляться из него — процессы, традиционно известные как запись и стирание.

Внутренние зарядовые насосы

Несмотря на необходимость относительно высокого напряжения программирования и стирания, практически все флэш-чипы сегодня требуют только одного напряжения питания и производят необходимые высокие напряжения с помощью встроенных зарядовых насосов .

Более половины энергии, потребляемой флэш-чипом 1,8 В-NAND, теряется в самом насосе заряда. Поскольку повышающие преобразователи по своей природе более эффективны, чем зарядовые насосы, исследователи, разрабатывающие маломощные твердотельные накопители, предложили вернуться к двойному напряжению питания Vcc/Vpp, используемому на всех ранних флэш-чипах, обеспечивая высокое напряжение Vpp для всех флэш-чипов в SSD с помощью одного общий внешний повышающий преобразователь.

В космических кораблях и других средах с высоким уровнем радиации встроенный насос заряда выходит из строя первой частью флэш-чипа, хотя флэш-память будет продолжать работать – в режиме только для чтения – при гораздо более высоких уровнях радиации.

НИ вспышка

Схема подключения и структура флэш-памяти NOR на кремнии

Во флэш-памяти NOR один конец каждой ячейки подключен непосредственно к земле, а другой конец подключен непосредственно к битовой линии. Эта схема называется «NOR flash», потому что она действует как вентиль NOR: когда одна из словных линий (подключенная к CG ячейки) становится высокой, соответствующий запоминающий транзистор переводит выходную битовую линию в низкий уровень. NOR Flash продолжает оставаться предпочтительной технологией для встраиваемых приложений, требующих дискретного энергонезависимого запоминающего устройства. Низкие задержки чтения, характерные для устройств NOR, позволяют как напрямую выполнять код, так и хранить данные в одном продукте памяти.

Программирование

Программирование ячейки памяти NOR (установка ее логического 0) посредством инъекции горячих электронов.

Стирание ячейки памяти NOR (установка логической 1) посредством квантового туннелирования.

Одноуровневая флэш-ячейка NOR в состоянии по умолчанию логически эквивалентна двоичному значению «1», поскольку ток будет течь через канал при приложении соответствующего напряжения к управляющему затвору, так что напряжение битовой линии снижается. Флэш-ячейку NOR можно запрограммировать или установить в двоичное значение «0» с помощью следующей процедуры:

• к CG подается повышенное напряжение включения (обычно >5 В).
• канал теперь включен, поэтому электроны могут течь от истока к стоку (при условии, что это NMOS-транзистор)
• ток исток-сток достаточно велик, чтобы заставить некоторые электроны высокой энергии перепрыгнуть через изолирующий слой на FG посредством процесса, называемого инжекцией горячих электронов .

Стирание

Чтобы стереть флэш-ячейку NOR (сбросить ее в состояние «1»), между CG и клеммой истока подается большое напряжение противоположной полярности , оттягивающее электроны от FG посредством туннелирования Фаулера-Нордгейма (туннелирование FN). Это известно как стирание источника отрицательного вентиля. Более новые воспоминания NOR можно стирать с помощью стирания отрицательного затворного канала, что смещает словесную строку в блоке ячеек памяти NOR и P-ямку блока ячеек памяти, чтобы обеспечить возможность туннелирования FN, стирая блок ячеек. В более старых воспоминаниях использовалось стирание источника, при котором к источнику прикладывалось высокое напряжение, а затем электроны из FG перемещались к источнику. Современные микросхемы флэш-памяти NOR разделены на сегменты стирания (часто называемые блоками или секторами). Операцию стирания можно выполнять только поблочно; все ячейки в сегменте стирания должны быть стерты вместе. Однако программирование ячеек NOR обычно может выполняться по одному байту или слову за раз.

Схема и структура флэш-памяти NAND на кремнии

NAND флэш-память

Во флэш-памяти NAND также используются транзисторы с плавающим затвором , но они соединены способом, напоминающим вентиль NAND : несколько транзисторов соединены последовательно, и битовая линия переводится на низкий уровень только в том случае, если все словные линии вытягиваются на высокий уровень (выше транзисторов). В _Т ). Затем эти группы подключаются через несколько дополнительных транзисторов к массиву битовых строк в стиле NOR таким же образом, как отдельные транзисторы соединяются во флэш-памяти NOR.

По сравнению с флэш-памятью NOR замена отдельных транзисторов последовательно соединенными группами добавляет дополнительный уровень адресации. В то время как флэш-память NOR может обращаться к памяти по страницам, а затем по словам, флэш-память NAND может обращаться к ней по страницам, словам и битам. Адресация на уровне битов подходит для приложений с последовательным битом (таких как эмуляция жесткого диска), которые обращаются только к одному биту за раз. С другой стороны, приложения, выполняемые на месте , требуют одновременного доступа к каждому биту слова. Для этого требуется адресация на уровне слов. В любом случае возможны как битовые, так и словесные режимы адресации с флэш-памятью NOR или NAND.

Для чтения данных сначала выбирается нужная группа (так же, как одиночный транзистор выбирается из массива NOR). Далее большая часть строк слов подтягивается выше V _T2 одна из них подтягивается к V _I. , а Последовательная группа будет проводить (и переводит битовую линию в низкий уровень), если выбранный бит не был запрограммирован.

Несмотря на дополнительные транзисторы, сокращение заземляющих проводов и битовых линий обеспечивает более плотную компоновку и большую емкость памяти на кристалл. (Земляные провода и битовые линии на самом деле намного шире, чем линии на диаграммах.) Кроме того, флэш-память NAND обычно может содержать определенное количество ошибок (ожидается, что флэш-память NOR, используемая для ПЗУ BIOS , будет безотказный). Производители пытаются максимизировать объем полезной памяти, уменьшая размер транзисторов или ячеек, однако промышленность может избежать этого и добиться более высокой плотности хранения на кристалле, используя 3D NAND, в которой ячейки располагаются друг над другом.

Флеш-ячейки NAND считываются путем анализа их реакции на различные напряжения.

Запись и стирание

Флэш-память NAND использует туннельную инъекцию для записи и освобождение туннеля для стирания. Флэш-память NAND составляет основу съемных USB- накопителей, известных как USB-накопители , а также карт памяти большинства форматов и твердотельных накопителей, доступных сегодня.

Иерархическая структура флэш-памяти NAND начинается на уровне ячеек, где формируются строки, затем страницы, блоки, плоскости и, в конечном итоге, кристалл. Строка представляет собой серию связанных ячеек NAND, в которых исток одной ячейки соединен со стоком следующей. В зависимости от технологии NAND строка обычно состоит из 32–128 ячеек NAND. Строки объединяются в страницы, которые затем объединяются в блоки, в которых каждая строка связана с отдельной строкой, называемой битовой строкой. Все ячейки с одинаковой позицией в строке соединяются через управляющие элементы словесной линией. Плоскость содержит определенное количество блоков, соединенных одной битовой линией. Флэш-матрица состоит из одной или нескольких плоскостей и периферийной схемы, необходимой для выполнения всех операций чтения, записи и стирания.

Архитектура флэш-памяти NAND означает, что данные можно считывать и программировать (записывать) страницами, обычно размером от 4 до 16 КиБ, но стирать можно только на уровне целых блоков, состоящих из нескольких страниц. Когда блок стирается, все ячейки логически устанавливаются в 1. Данные можно запрограммировать только за один проход на страницу в стертом блоке. Любые ячейки, которые были установлены в 0 при программировании, могут быть сброшены в 1 только путем стирания всего блока. Это означает, что прежде чем новые данные можно будет запрограммировать на страницу, которая уже содержит данные, текущее содержимое страницы плюс новые данные должны быть скопированы на новую, стертую страницу. Если подходящая стертая страница доступна, данные можно немедленно записать на нее. Если стертая страница недоступна, блок необходимо удалить перед копированием данных на страницу в этом блоке. Старая страница затем помечается как недействительная и доступна для удаления и повторного использования.

Вертикальный NAND

3D NAND продолжает масштабироваться за пределы 2D.

Память Вертикальная NAND (V-NAND) или 3D NAND укладывает ячейки памяти вертикально и использует флэш-архитектуру с ловушкой заряда . Вертикальные уровни обеспечивают большую плотность битов площади без необходимости меньших по размеру отдельных ячеек. Он также продается под торговой маркой BiCS Flash , которая является торговой маркой Kioxia Corporation (ранее Toshiba Memory Corporation). Технология 3D NAND была впервые анонсирована компанией Toshiba в 2007 году. V-NAND впервые была серийно произведена компанией Samsung Electronics в 2013 году.

Структура

V-NAND использует геометрию флэш-памяти с ловушкой заряда (которая была коммерчески представлена ​​в 2002 году компаниями AMD и Fujitsu ). который сохраняет заряд на встроенной пленке нитрида кремния . Такая пленка более устойчива к точечным дефектам и может быть сделана толще, чтобы удерживать большее количество электронов. V-NAND придает плоской ячейке-ловушке заряда цилиндрическую форму. По состоянию на 2020 год во флэш-памяти 3D NAND от Micron и Intel вместо этого используются плавающие затворы, однако в памяти 3D NAND Micron уровня 128 и выше используется обычная структура ловушки заряда из-за прекращения партнерства между Micron и Intel. Флэш-память 3D NAND с ловушкой заряда тоньше, чем 3D NAND с плавающим затвором. В 3D NAND с плавающим затвором ячейки памяти полностью отделены друг от друга, тогда как в 3D NAND с ловушкой заряда вертикальные группы ячеек памяти используют один и тот же материал из нитрида кремния.

Отдельная ячейка памяти состоит из одного плоского слоя поликремния, содержащего отверстие, заполненное несколькими концентрическими вертикальными цилиндрами. Поверхность поликремния отверстия действует как электрод затвора. Самый внешний цилиндр из диоксида кремния действует как диэлектрик затвора, заключая в себе цилиндр из нитрида кремния, который хранит заряд, в свою очередь заключая в себе цилиндр из диоксида кремния в качестве туннельного диэлектрика, который окружает центральный стержень из проводящего поликремния, который действует как проводящий канал.

Ячейки памяти в разных вертикальных слоях не мешают друг другу, поскольку заряды не могут перемещаться вертикально через среду хранения данных из нитрида кремния, а электрические поля, связанные с затворами, тесно ограничены внутри каждого слоя. Вертикальная коллекция электрически идентична последовательно связанным группам, в которых сконфигурирована обычная флэш-память NAND. Существует также стекирование строк, при котором создаются несколько массивов или «заглушек» памяти 3D NAND. отдельно, а объединены вместе, чтобы создать продукт с большим количеством слоев 3D NAND на одном кристалле. Часто складываются два или три массива. Несоосность между свечами составляет порядка 30–10 нм.

Строительство

Рост группы ячеек V-NAND начинается с чередования слоев проводящего (легированного) поликремния и изолирующих слоев диоксида кремния.

Следующий шаг — сформировать цилиндрическое отверстие через эти слои. На практике для чипа V-NAND емкостью 128 Гбит с 24 слоями ячеек памяти требуется около 2,9 миллиарда таких отверстий. Затем на внутреннюю поверхность отверстия наносится несколько покрытий: сначала диоксид кремния, затем нитрид кремния, а затем второй слой диоксида кремния. Наконец, дырка заполняется проводящим (легированным) поликремнием.

Производительность

По состоянию на 2013 год Архитектура флэш-памяти V-NAND позволяет выполнять операции чтения и записи в два раза быстрее, чем обычная NAND, и может работать до 10 раз дольше, потребляя при этом на 50 процентов меньше энергии. Они предлагают сопоставимую физическую плотность битов при использовании 10-нм литографии, но могут увеличить плотность битов до двух порядков, учитывая использование V-NAND до нескольких сотен слоев. По состоянию на 2020 год чипы V-NAND со 160 слоями находятся в стадии разработки Samsung.

Расходы

Минимальная стоимость битов 3D NAND с невертикальной боковой стенкой. Верхнее отверстие расширяется за счет большего количества слоев, что противодействует увеличению битовой плотности.

Стоимость пластины 3D NAND сопоставима с уменьшенной (32 нм или меньше) планарной флэш-памятью NAND. Однако, если масштабирование планарной NAND прекращается на 16 нм, снижение стоимости на бит может продолжиться за счет 3D NAND, начиная с 16 слоев. Однако из-за невертикальной боковой стенки отверстия протравливаются насквозь; даже небольшое отклонение приводит к минимальной стоимости бита, т. е. минимальному эквивалентному правилу проектирования (или максимальной плотности) для данного количества слоев; это количество слоев с минимальной стоимостью бита уменьшается для меньшего диаметра отверстия.

Ограничения

Блокировать стирание

Одним из ограничений флэш-памяти является то, что за раз ее можно стирать только блоками. Обычно при этом все биты в блоке устанавливаются в 1. Начиная со свежестертого блока, можно запрограммировать любое место внутри этого блока. Однако, как только бит был установлен в 0, только путем стирания всего блока он может быть изменен обратно на 1. Другими словами, флэш-память (в частности, флэш-память NOR) предлагает операции чтения и программирования с произвольным доступом, но не предлагает произвольных случайных операций. -доступ к операциям перезаписи или стирания. Однако местоположение можно перезаписать, если 0 бит нового значения являются расширенным набором перезаписанных значений. Например, значение полубайта может быть стерто до 1111, а затем записано как 1110. Последовательные записи в этот полубайт могут изменить его на 1010, затем на 0010 и, наконец, на 0000. По сути, стирание устанавливает все биты в 1, а программирование может очищать только биты. до 0. Некоторые файловые системы, разработанные для флэш-устройств, используют эту возможность перезаписи, например Yaffs1 , для представления метаданных сектора.Другие флэш-файловые системы, такие как YAFFS 2, никогда не используют эту возможность «перезаписи» — они выполняют много дополнительной работы, чтобы соответствовать правилу «однократной записи».

Хотя структуры данных во флэш-памяти не могут быть обновлены совершенно общими способами, это позволяет «удалять» элементы, помечая их как недействительные. Этот метод, возможно, потребуется модифицировать для многоуровневых ячеек памяти , где одна ячейка памяти содержит более одного бита.

Обычные флэш-устройства, такие как USB-накопители и карты памяти, предоставляют только интерфейс блочного уровня или уровень трансляции флэш-памяти (FTL), который каждый раз записывает в другую ячейку для выравнивания уровня износа устройства. Это предотвращает инкрементную запись внутри блока; однако это помогает устройству избежать преждевременного износа из-за интенсивной записи.

Хранение данных

Пример флэш-памяти NOR 45 нм, сохранение данных зависит от температуры

Данные, хранящиеся на флэш-ячейках, постоянно теряются из-за захвата электронов. . Скорость потерь увеличивается экспоненциально с увеличением абсолютной температуры . Например: для вспышки NOR с длиной волны 45 нм за 1000 часов потеря порогового напряжения (Vt) при 25 градусах Цельсия составляет примерно половину от потери при 90 градусах Цельсия.

Износ памяти

Еще одним ограничением является то, что флэш-память имеет ограниченное количество циклов программного стирания (обычно записываемых как циклы P/E). 17 декабря 2008 года Micron Technology и Sun Microsystems анонсировали чип флэш-памяти SLC NAND, рассчитанный на 1 000 000 циклов P/E.

Гарантированный счетчик циклов может применяться только к нулевому блоку (как в случае с устройствами TSOP NAND) или ко всем блокам (как в NOR). Этот эффект смягчается в некоторых микропрограммах или драйверах файловой системы за счет подсчета операций записи и динамического переназначения блоков для распределения операций записи между секторами; этот метод называется выравниванием износа . Другой подход заключается в проверке записи и переназначении резервных секторов в случае сбоя записи. Этот метод называется управлением плохими блоками (BBM). Для портативных потребительских устройств эти методы управления износом обычно продлевают срок службы флэш-памяти сверх срока службы самого устройства, и в этих приложениях некоторая потеря данных может быть приемлемой. Однако для высоконадежного хранения данных не рекомендуется использовать флэш-память, для которой придется пройти большое количество циклов программирования. Это ограничение также существует для приложений «только для чтения», таких как тонкие клиенты и маршрутизаторы , которые программируются только один или самое большее несколько раз за время их существования из-за читать беспокоить (см. ниже).

В декабре 2012 года тайваньские инженеры из Macronix объявили о своем намерении объявить на Международной конференции IEEE 2012 по электронным устройствам, что они выяснили, как улучшить циклы чтения/записи флэш-памяти NAND с 10 000 до 100 миллионов циклов, используя процесс «самовосстановления». в котором использовался флэш-чип со «встроенными нагревателями, которые могли отжигать небольшие группы ячеек памяти». Встроенный термический отжиг должен был заменить обычный цикл стирания локальным высокотемпературным процессом, который не только стирал накопленный заряд, но и устранял вызванное электронами напряжение в чипе, обеспечивая не менее 100 миллионов циклов записи. В результате должен был получиться чип, который можно было стирать и перезаписывать снова и снова, даже если теоретически он должен был выйти из строя. Каким бы многообещающим ни был прорыв Macronix для мобильной индустрии, в ближайшем будущем не было планов по выпуску коммерческого продукта с такой возможностью.

Читать беспокоить

Метод, используемый для чтения флэш-памяти NAND, может привести к тому, что близлежащие ячейки в одном и том же блоке памяти со временем изменятся (запрограммируются). Это известно как нарушение чтения. Пороговое число операций чтения обычно составляет сотни тысяч операций чтения между промежуточными операциями стирания. При непрерывном чтении из одной ячейки эта ячейка не выйдет из строя, а одна из окружающих ячеек произойдет при последующем чтении. Чтобы избежать проблем с нарушением чтения, контроллер флэш-памяти обычно подсчитывает общее количество операций чтения блока с момента последнего стирания. Когда количество превышает целевой предел, затронутый блок копируется в новый блок, стирается, а затем помещается в пул блоков. Исходный блок после стирания выглядит как новый. Однако если флэш-контроллер не вмешается вовремя, произойдет ошибка нарушения чтения с возможной потерей данных, если ошибок слишком много, чтобы их можно было исправить с помощью кода, исправляющего ошибки .

Рентгеновские эффекты

Большинство флэш-микросхем поставляются в корпусах с шариковой решеткой (BGA), и даже те, которые этого не делают, часто монтируются на печатной плате рядом с другими корпусами BGA. После сборки печатной платы платы с корпусами BGA часто просвечиваются, чтобы проверить, правильно ли соединяются шарики с нужной контактной площадкой или требуется ли переработка BGA . Эти рентгеновские лучи могут стереть запрограммированные биты во флэш-чипе (преобразовать запрограммированные биты «0» в стертые биты «1»). На стертые биты («биты «1») рентгеновские лучи не влияют.

Некоторые производители теперь производят рентгеноустойчивые SD-карты. и USB запоминающие устройства.

Низкоуровневый доступ

Низкоуровневый интерфейс микросхем флэш-памяти отличается от интерфейсов других типов памяти, таких как DRAM , ROM и EEPROM , которые поддерживают возможность изменения битов (как от нуля к единице, так и от одного к нулю) и произвольный доступ через доступные извне адресные шины .

Память NOR имеет внешнюю адресную шину для чтения и программирования. Для памяти NOR чтение и программирование осуществляются с произвольным доступом, а разблокировка и стирание — поблочно. Для NAND-памяти чтение и программирование осуществляются постранично, а разблокировка и стирание — поблочно.

НО воспоминания

Флэш-память NOR от Intel

Чтение из флэш-памяти NOR аналогично чтению из оперативной памяти, при условии, что адрес и шина данных сопоставлены правильно. По этой причине большинство микропроцессоров могут использовать флэш-память NOR в качестве оперативной памяти (XIP). это означает, что программы, хранящиеся во флэш-памяти NOR, могут выполняться непосредственно из флэш-памяти NOR без необходимости предварительного копирования в ОЗУ. Флэш-память NOR может быть запрограммирована методом произвольного доступа, аналогично чтению. Программирование меняет биты с логической единицы на ноль. Биты, которые уже равны нулю, остаются неизменными. Стирание должно происходить поблочно и сбрасывает все биты в стертом блоке обратно в единицу. Типичные размеры блока — 64, 128 или 256 КиБ .

Управление плохими блоками — относительно новая функция в чипах NOR. В старых устройствах NOR, не поддерживающих управление сбойными блоками, программное обеспечение или драйвер устройства, управляющий микросхемой памяти, должны корректировать износ блоков, иначе устройство перестанет работать надежно.

Конкретные команды, используемые для блокировки, разблокировки, программирования или стирания памяти NOR, различаются у каждого производителя. Чтобы избежать необходимости использования уникального программного обеспечения драйвера для каждого устройства, специальные команды Common Flash Memory Interface (CFI) позволяют устройству идентифицировать себя и свои критические рабочие параметры.

Помимо использования в качестве ПЗУ с произвольным доступом, флэш-память NOR также может использоваться в качестве устройства хранения данных, используя преимущества программирования с произвольным доступом. Некоторые устройства предлагают функцию чтения во время записи, поэтому код продолжает выполняться даже во время выполнения программы или операции стирания в фоновом режиме. Для последовательной записи данных флэш-чипы NOR обычно имеют более низкую скорость записи по сравнению с флэш-памятью NAND.

Типичная флэш-память NOR не нуждается в коде исправления ошибок .

NAND-память

Архитектура флэш-памяти NAND была представлена ​​компанией Toshiba в 1989 году. Доступ к этим воспоминаниям осуществляется так же, как и к блочным устройствам , таким как жесткие диски. Каждый блок состоит из нескольких страниц. Обычно страниц 512. Размер 2048 или 4096 байт. С каждой страницей связано несколько байтов (обычно 1/32 размера данных), которые можно использовать для хранения кода исправления ошибок (ECC) контрольной суммы .

Типичные размеры блоков включают в себя:

• 32 страницы по 512+16 байт каждая для размера блока (эффективного) 16 КиБ.
• 64 страницы по 2048+64 байта каждая для размера блока 128 КиБ.
• 64 страницы по 4096+128 байт каждая для размера блока 256 КиБ.
• 128 страниц по 4096+128 байт каждая для размера блока 512 КиБ.

Современная флэш-память NAND может иметь размер блока стирания от 1 до 128 МБ. Хотя чтение и программирование выполняются постранично, стирание может выполняться только поблочно.

Устройства NAND также требуют управления плохими блоками с помощью программного обеспечения драйвера устройства или отдельной микросхемы контроллера . Некоторые SD-карты, например, включают в себя схему контроллера для управления поврежденными блоками и выравнивания износа . Когда к логическому блоку обращается программное обеспечение высокого уровня, он сопоставляется с физическим блоком драйвером устройства или контроллером. Ряд блоков на флэш-чипе может быть зарезервирован для хранения таблиц сопоставления для работы с плохими блоками, или система может просто проверять каждый блок при включении питания, чтобы создать карту плохих блоков в оперативной памяти. Общий объем памяти постепенно уменьшается по мере того, как все больше блоков помечаются как плохие.

NAND использует ECC для компенсации битов, которые могут спонтанно выйти из строя во время нормальной работы устройства. Типичный ECC исправляет однобитовую ошибку в каждых 2048 битах (256 байтах), используя 22 бита ECC, или однобитовую ошибку в каждых 4096 битах (512 байтах), используя 24 бита ECC. Если ECC не может исправить ошибку во время чтения, он все равно может обнаружить ошибку. При выполнении операций стирания или программирования устройство может обнаружить блоки, которые не удалось запрограммировать или стереть, и пометить их как плохие. Затем данные записываются в другой, исправный блок, и карта плохих блоков обновляется.

Коды Хэмминга являются наиболее часто используемыми ECC для флэш-памяти SLC NAND. Коды Рида-Соломона и коды BCH (коды Бозе-Чаудхури-Хоквенгема) обычно используются ECC для флэш-памяти MLC NAND. Некоторые флэш-чипы MLC NAND внутренне генерируют соответствующие коды исправления ошибок BCH.

Большинство устройств NAND поставляются с завода с дефектными блоками. Обычно они помечаются в соответствии с определенной стратегией маркировки плохих блоков. Допуская наличие некоторых плохих блоков, производители достигают гораздо более высоких результатов , чем это было бы возможно, если бы все блоки должны были быть проверены на исправность. Это значительно снижает затраты на флэш-память NAND и лишь незначительно уменьшает емкость хранения деталей.

При выполнении программного обеспечения из памяти NAND виртуальной памяти часто используются стратегии : содержимое памяти сначала должно быть выгружено или скопировано в отображаемую в память ОЗУ и выполнено там (что приводит к общей комбинации NAND + RAM). с помощью Полезен блок управления памятью (MMU) в системе, но это также можно сделать оверлеев . По этой причине в некоторых системах используется комбинация памяти NOR и NAND, где память NOR меньшего размера используется в качестве ПЗУ программного обеспечения, а память NAND большего размера разделяется файловой системой для использования в качестве энергонезависимой области хранения данных.

NAND жертвует преимуществами NOR в отношении произвольного доступа и выполнения на месте. NAND лучше всего подходит для систем, требующих хранения данных большой емкости. Он предлагает более высокую плотность, большую емкость и более низкую стоимость. Он имеет более быстрое стирание, последовательную запись и последовательное чтение.

Стандартизация

Группа под названием Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI) разработала стандартизированный низкоуровневый интерфейс для флэш-чипов NAND. Это обеспечивает совместимость между соответствующими устройствами NAND от разных производителей. Спецификация ONFI версии 1.0 был выпущен 28 декабря 2006 года. В нем указано:

• Стандартный физический интерфейс ( распиновка ) для флэш-памяти NAND в TSOP -48, WSOP-48, LGA -52 и BGA -63. корпусах
• Стандартный набор команд для чтения, записи и стирания флэш-памяти NAND.
• Механизм самоидентификации (сравним с функцией обнаружения последовательного присутствия модулей памяти SDRAM)

Группу ONFI поддерживают основные производители флэш-памяти NAND, включая Hynix , Intel , Micron Technology и Numonyx , а также крупные производители устройств, включающих чипы флэш-памяти NAND.

Два крупнейших производителя флэш-устройств, Toshiba и Samsung , решили использовать интерфейс собственной разработки, известный как Toggle Mode (а теперь и Toggle). Этот интерфейс не совместим по выводам со спецификацией ONFI. В результате продукт, разработанный для устройств одного производителя, может оказаться неспособным использовать устройства другого производителя.

Группа поставщиков, в том числе Intel , Dell и Microsoft , сформировала рабочую группу по интерфейсу хост-контроллера энергонезависимой памяти (NVMHCI). Целью группы является предоставление стандартных программных и аппаратных интерфейсов программирования для подсистем энергонезависимой памяти, включая устройство «флэш-кэш», подключаемое к шине PCI Express .

Различие между флэш-памятью NOR и NAND

Флэш-память NOR и NAND различаются по двум важным признакам:

• Соединения отдельных ячеек памяти различны.
• Интерфейс, предусмотренный для чтения и записи памяти, отличается; NOR разрешает произвольный доступ поскольку он может быть адресован либо побайтово, либо пословно, причем длина слов, например, составляет 32 бита, в то время как NAND разрешает только доступ к странице.

НИ и флэш-память NAND получили свои названия из-за структуры взаимосвязей между ячейками памяти. Во флэш-памяти NOR ячейки подключаются параллельно битовым линиям, что позволяет считывать и программировать ячейки индивидуально. Параллельное соединение ячеек напоминает параллельное соединение транзисторов в КМОП-затворе NOR. Во флэш-памяти NAND ячейки соединены последовательно. напоминающий вентиль CMOS NAND. Последовательные соединения занимают меньше места, чем параллельные, что снижает стоимость флэш-памяти NAND. Само по себе это не препятствует индивидуальному чтению и программированию ячеек NAND.

Каждая флэш-ячейка NOR больше, чем флэш-ячейка NAND — 10 Ф. ² против 4 Ф ² – даже при использовании точно такого же изготовления полупроводниковых устройств и поэтому каждый транзистор, контакт и т. д. имеет одинаковый размер – потому что флэш-ячейки NOR требуют отдельного металлического контакта для каждой ячейки.

Из-за последовательного соединения и удаления словных контактов большая сетка ячеек флэш-памяти NAND будет занимать, пожалуй, только 60% площади эквивалентных ячеек NOR. (при условии одинакового разрешения процесса КМОП , например, 130 нм , 90 нм или 65 нм). Разработчики флэш-памяти NAND поняли, что площадь чипа NAND и, следовательно, его стоимость можно еще больше уменьшить, удалив схему внешнего адреса и шины данных. Вместо этого внешние устройства могут взаимодействовать с флэш-памятью NAND через регистры команд и данных с последовательным доступом, которые будут внутренне получать и выводить необходимые данные. Этот выбор конструкции сделал невозможным произвольный доступ к флэш-памяти NAND, но целью флэш-памяти NAND было заменить механические жесткие диски , а не ПЗУ.

Первые телефоны GSM и многие функциональные телефоны имели флэш-память NOR, из которой инструкции процессора могли выполняться непосредственно в архитектуре выполнения на месте и позволяли сократить время загрузки. В смартфонах была принята флэш-память NAND, поскольку она имеет большую емкость и меньшую стоимость, но требует более длительного времени загрузки, поскольку инструкции не могут быть выполнены из нее напрямую, и перед выполнением их необходимо сначала скопировать в ОЗУ.

Атрибут	NAND	НИ
Основное приложение	Хранение файлов	Выполнение кода
Емкость хранилища	Высокий	Низкий
Стоимость за бит	Низкий
Активная мощность	Низкий
Резервное питание		Низкий
Скорость записи	Быстрый
Скорость чтения		Быстрый
Выполнить на месте (чип)	Нет	Да
Надежность		Высокий

Напишите выносливость

Срок службы флэш-памяти NOR с плавающим затвором SLC обычно равен или превышает срок службы флэш-памяти NAND, в то время как флэш-память MLC NOR и NAND имеют схожие возможности долговечности. Приводятся примеры значений циклической выносливости, перечисленных в технических характеристиках флэш-памяти NAND и NOR, а также устройств хранения данных, использующих флэш-память.

Тип вспышки память	Рейтинг выносливости (стирает за блок )	Пример(ы) флэш-памяти или устройства хранения данных
СЛК NAND	50,000–100,000	Samsung OneNAND KFW4G16Q2M, флэш-чипы Toshiba SLC NAND, Transcend SD500, Fujitsu S26361-F3298
MLC NAND	5 000–10 000 за средней мощности; от 1000 до 3000 за высокая производительность	Samsung K9G8G08U0M (пример для приложений средней емкости), Memblaze PBlaze4, ADATA SU900, Реактор Мушкина
ТСЦ NAND	1,000	Твердотельный накопитель Samsung 840
QLC NAND	Un­known	Флэш-карты SanDisk X4 NAND SD
3D SLC NAND	>100 000	Samsung Z-NAND
3D MLC NAND	6,000–40,000	Твердотельный накопитель Samsung 850 PRO, SSD Samsung 845DC PRO, Самсунг 860 ПРО
3D ТСХ NAND	1,500–5,000	SSD-накопитель Samsung 850 EVO, SSD-накопитель Samsung 845DC EVO, Crucial MX300 ，Memblaze PBlaze5 900, Memblaze PBlaze5 700, Memblaze PBlaze5 910/916, Memblaze PBlaze5 510/516, ADATA SX 8200 PRO (также продается под брендом XPG Gammix, модель S11 PRO)
3D QLC NAND	100–1,500	Твердотельный накопитель Samsung 860 QVO SATA, твердотельный накопитель Intel 660p, Micron 5210 ION, Crucial P1, твердотельный накопитель Samsung BM991 NVMe
3D ПЛК NAND	Un­known	В разработке SK Hynix (ранее Intel) и Kioxia (ранее Toshiba Memory).
SLC (плавающий- ворота) НО	100,000–1,000,000	Numonyx M58BW (рейтинг выносливости 100 000 стираний на блок); Spansion S29CD016J (долговечность: 1 000 000 стираний на блок)
MLC (плавающий- ворота) НО	100,000	Вспышка Numonyx J3

Однако, применяя определенные алгоритмы и парадигмы проектирования, такие как выравнивание износа и избыточное выделение памяти , можно настроить надежность системы хранения в соответствии с конкретными требованиями.

Чтобы рассчитать срок службы флэш-памяти NAND, необходимо учитывать размер микросхемы памяти, тип памяти (например, SLC/MLC/TLC) и шаблон использования. Промышленная NAND и серверная NAND пользуются спросом благодаря своей емкости, большей выносливости и надежности в чувствительных средах.

По мере увеличения количества битов на ячейку производительность и срок службы флэш-памяти NAND могут ухудшаться, что приводит к увеличению времени случайного чтения до 100 мкс для TLC NAND, что в 4 раза больше времени, необходимого для SLC NAND, и в два раза больше времени, необходимого для MLC NAND для случайного чтения. .

Флеш-файловые системы

Основная статья: Файловая система Flash

Из-за особых характеристик флэш-памяти ее лучше всего использовать либо с контроллером для выравнивания износа и исправления ошибок, либо со специально разработанными флэш-файловыми системами, которые распределяют записи по носителю и справляются с длительным временем стирания флэш-блоков NOR. Основная концепция флэш-файловых систем заключается в следующем: когда флэш-память должна быть обновлена, файловая система записывает новую копию измененных данных в новый блок, переназначает указатели файлов, а затем стирает старый блок позже, когда он есть время.

На практике флэш-файловые системы используются только для устройств памяти (MTD), которые представляют собой встроенную флэш-память, не имеющую контроллера. Съемные карты флэш-памяти , твердотельные накопители, чипы eMMC / eUFS и флэш-накопители USB имеют встроенные контроллеры для выравнивания износа и исправления ошибок, поэтому использование определенной файловой системы флэш-памяти может не принести пользы.

Емкость

Несколько чипов часто располагаются в массиве или на кристалле для достижения более высокой производительности. для использования в бытовых электронных устройствах, таких как мультимедийные проигрыватели или GPS . Масштабирование (увеличение) емкости флэш-чипов обычно соответствует закону Мура , поскольку они производятся с использованием многих одинаковых технологий и оборудования для интегральных схем . С момента появления 3D NAND масштабирование больше не обязательно связано с законом Мура, поскольку транзисторы (ячейки) меньшего размера больше не используются.

Потребительские флэш-накопители обычно рекламируются с указанием полезных размеров, выраженных как небольшое целое число, степень двойки (2, 4, 8 и т. д.), и обычного обозначения мегабайтов (МБ) или гигабайтов (ГБ); например, 512 МБ, 8 ГБ. Сюда входят твердотельные накопители , продаваемые в качестве замены жестких дисков, в соответствии с традиционными жесткими дисками , в которых используются десятичные префиксы . Таким образом, SSD с маркировкой «64 ГБ » имеет размер не менее 64×1000. ³ байт (64 ГБ). У большинства пользователей для файлов будет немного меньшая емкость, чем эта, из-за места, занимаемого метаданными файловой системы, а также из-за того, что некоторые операционные системы сообщают о емкости SSD, используя двоичные префиксы , которые несколько больше, чем обычные префиксы.

Чипы флэш-памяти внутри них имеют строго двоичные кратные размеры, но фактическая общая емкость чипов не может быть использована в интерфейсе накопителя.Она значительно превышает заявленную емкость, чтобы обеспечить распределение операций записи ( выравнивание износа ), резервирование, коды исправления ошибок и другие метаданные, необходимые внутренней прошивке устройства.

В 2005 году Toshiba и SanDisk разработали флэш-чип NAND, способный хранить 1 ГБ данных с использованием технологии многоуровневых ячеек (MLC), способной хранить два бита данных на ячейку. В сентябре 2005 года компания Samsung Electronics объявила о разработке первого в мире чипа емкостью 2 ГБ.

В марте 2006 года Samsung анонсировала флэш-жесткие диски емкостью 4 ГБ, что по сути того же порядка, что и жесткие диски для ноутбуков меньшего размера, а в сентябре 2006 года Samsung анонсировала чип емкостью 8 ГБ, произведенный с использованием 40-нм производственного процесса. В январе 2008 года SanDisk объявила о выпуске карт MicroSDHC емкостью 16 ГБ и SDHC Plus емкостью 32 ГБ.

Более поздние флэш-накопители (по состоянию на 2012 год) имеют гораздо большую емкость: 64, 128 и 256 ГБ.

Совместная разработка Intel и Micron позволит производить 32-слойные накопители емкостью 3,5 терабайта (ТБ). ) Флеш-накопители NAND и твердотельные накопители стандартного размера емкостью 10 ТБ. Устройство включает в себя 5 пакетов кристаллов TLC по 16 × 48 ГБ с использованием конструкции ячейки с плавающим затвором.

Флэш-чипы продолжают производиться с емкостью менее или около 1 МБ (например, для BIOS-ROM и встроенных приложений).

В июле 2016 года Samsung анонсировала модель емкостью 4 ТБ. Samsung 850 EVO, в котором используется 48-слойная TLC 3D V-NAND емкостью 256 Гбит. В августе 2016 года Samsung анонсировала 2,5-дюймовый твердотельный накопитель SAS емкостью 32 ТБ на базе 64-слойной TLC 3D V-NAND емкостью 512 Гбит. Кроме того, к 2020 году Samsung планирует представить твердотельные накопители емкостью до 100 ТБ.

Стоимость трансфера

Устройства флэш-памяти обычно гораздо быстрее читают, чем записывают. Производительность также зависит от качества контроллеров хранилища, которое становится более критичным, когда устройства частично заполнены. Даже если единственным изменением в производстве является усадка штампа, отсутствие соответствующего контроллера может привести к снижению скорости.

Приложения

Серийная вспышка

Последовательная флэш-память: Silicon Storage Tech SST25VF080B

Последовательная флэш-память — это небольшая флэш-память с низким энергопотреблением, которая обеспечивает только последовательный доступ к данным — вместо обращения к отдельным байтам пользователь последовательно читает или записывает большие смежные группы байтов в адресном пространстве. Шина последовательного периферийного интерфейса (SPI) — это типичный протокол доступа к устройству. При включении во встраиваемую систему последовательная флэш-память требует меньше проводов на печатной плате , чем параллельная флэш-память, поскольку она передает и принимает данные побитно. Это может позволить сократить пространство на плате, энергопотребление и общую стоимость системы.

Существует несколько причин, по которым последовательное устройство с меньшим количеством внешних контактов, чем параллельное устройство, может значительно снизить общую стоимость:

• Многие ASIC имеют ограничение по количеству контактных площадок, а это означает, что размер кристалла ограничен количеством контактных площадок, а не сложностью и количеством вентилей, используемых для логики устройства. Таким образом, устранение контактных площадок позволяет создать более компактную интегральную схему на кристалле меньшего размера; это увеличивает количество штампов, которые можно изготовить на пластине , и, таким образом, снижает стоимость одного кристалла.
• Уменьшение количества внешних контактов также снижает затраты на сборку и упаковку . Последовательное устройство может быть упаковано в меньший по размеру и более простой корпус, чем параллельное устройство.
• Корпуса меньшего размера и с меньшим количеством контактов занимают меньшую площадь печатной платы.
• Устройства с меньшим количеством контактов упрощают разводку печатных плат .

Существует два основных типа флэш-памяти SPI. Первый тип характеризуется небольшими страницами и одним или несколькими внутренними страничными буферами SRAM, позволяющими считывать всю страницу в буфер, частично изменять ее и затем записывать обратно (например, Atmel AT45 DataFlash или Micron Technology Page Erase NOR Flash). ). Второй тип имеет секторы большего размера, при этом наименьшие сектора, обычно встречающиеся во флэш-памяти SPI этого типа, имеют размер 4 КБ, но они могут достигать 64 КБ. Поскольку у этого типа флэш-памяти SPI отсутствует внутренний буфер SRAM, вся страница должна быть считана и изменена перед обратной записью, что замедляет управление. Однако второй тип дешевле первого и поэтому является хорошим выбором, когда приложение дублирует код.

Эти два типа нелегко заменить, поскольку они не имеют одинаковой распиновки, а наборы команд несовместимы.

Большинство FPGA основаны на ячейках конфигурации SRAM и требуют внешнего устройства конфигурации, часто последовательного флэш-чипа, для перезагрузки битового потока конфигурации при каждом цикле включения и выключения питания.

Хранение прошивки

С ростом скорости современных процессоров параллельные флэш-устройства часто работают намного медленнее, чем шина памяти компьютера, к которому они подключены. И наоборот, современная SRAM обеспечивает время доступа менее 10 нс , а DDR2 SDRAM — менее 20 нс. По этой причине часто желательно перенести код, хранящийся во флэш-памяти, в ОЗУ; то есть код копируется из флэш-памяти в ОЗУ перед выполнением, чтобы ЦП мог получить к нему доступ на полной скорости. устройства Прошивка может храниться на последовательном флэш-чипе, а затем копироваться в SDRAM или SRAM при включении устройства. Использование внешнего последовательного флэш-устройства вместо встроенной флэш-памяти устраняет необходимость значительного компромисса с процессом (производственный процесс, который хорош для высокоскоростной логики, обычно не подходит для флэш-памяти, и наоборот). Если принято решение считать прошивку одним большим блоком, обычно добавляют сжатие, чтобы можно было использовать флэш-чип меньшего размера. С 2005 года многие устройства используют последовательную флэш-память NOR, чтобы отказаться от параллельной флэш-памяти NOR для хранения прошивки. Типичные приложения для последовательной флэш-памяти NOR включают хранение прошивки для жестких дисков , BIOS , дополнительных ПЗУ карт расширения , модемов DSL и т. д.

Флэш-память как замена жестким дискам

Основная статья: Твердотельный накопитель

Твердотельный накопитель Intel mSATA в 2020 году

Еще одно недавнее применение флэш-памяти — замена жестких дисков . Флэш-память не имеет механических ограничений и задержек, присущих жестким дискам, поэтому твердотельный накопитель (SSD) привлекателен с точки зрения скорости, шума, энергопотребления и надежности. Флеш-накопители набирают популярность в качестве дополнительных устройств хранения данных для мобильных устройств; они также используются вместо жестких дисков в высокопроизводительных настольных компьютерах и некоторых серверах с RAID и SAN архитектурами .

Остаются некоторые аспекты твердотельных накопителей на базе флэш-памяти, которые делают их непривлекательными. Стоимость гигабайта флэш-памяти остается существенно выше, чем у жестких дисков. Кроме того, флэш-память имеет ограниченное количество циклов P/E ( программирование/стирание ), но, похоже, в настоящее время это находится под контролем, поскольку гарантии на твердотельные накопители на основе флэш-памяти приближаются к гарантиям современных жестких дисков. Кроме того, удаленные файлы на твердотельных накопителях могут сохраняться в течение неопределенного периода времени, прежде чем будут перезаписаны свежими данными; Методы стирания или уничтожения или программное обеспечение, которые хорошо работают на магнитных жестких дисках, не влияют на твердотельные накопители, ставя под угрозу безопасность и судебно-медицинскую экспертизу. Однако из-за так называемой команды TRIM , используемой большинством твердотельных накопителей, которая помечает адреса логических блоков, занятые удаленным файлом, как неиспользуемые для включения сборки мусора , программное обеспечение для восстановления данных не может восстановить файлы, удаленные с них.

Для реляционных баз данных или других систем, требующих транзакций ACID , даже скромный объем флэш-памяти может обеспечить значительное ускорение по сравнению с массивами дисков.

В мае 2006 года Samsung Electronics анонсировала два ПК на базе флэш-памяти, Q1-SSD и Q30-SSD, которые должны были стать доступными в июне 2006 года, оба из которых использовали твердотельные накопители емкостью 32 ГБ и, по крайней мере, первоначально были доступны только в Южной Корее . Выпуск Q1-SSD и Q30-SSD был отложен и, наконец, был отправлен в конце августа 2006 года.

Первым доступным ПК с флэш-памятью стал Sony Vaio UX90, предварительный заказ которого был объявлен 27 июня 2006 года, а поставки в Японию начались 3 июля 2006 года с жестким диском с флэш-памятью емкостью 16 ГБ. В конце сентября 2006 года Sony увеличила объем флэш-памяти Vaio UX90 до 32 ГБ.

Твердотельный накопитель предлагался в качестве опции для первого MacBook Air, представленного в 2008 году, а с 2010 года все модели поставлялись с SSD. конца 2011 года в рамках инициативы Intel Ultrabook Начиная с все большее количество ультратонких ноутбуков поставляется со стандартными твердотельными накопителями.

Существуют также гибридные методы, такие как гибридный диск и ReadyBoost , которые пытаются объединить преимущества обеих технологий, используя флэш-память в качестве высокоскоростного энергонезависимого кэша для файлов на диске, к которым часто обращаются, но редко изменяются, например файлы приложений и файлы. файлы операционной системы исполняемые .

Флэш-память как ОЗУ

По состоянию на 2012 год предпринимаются попытки использовать флэш-память в качестве основной памяти компьютера, DRAM .

Архивное или долговременное хранение

Транзисторы с плавающим затвором во флэш-накопителе удерживают заряд, который представляет данные. Этот заряд со временем постепенно утекает, что приводит к накоплению логических ошибок , также известных как « гниение битов » или «затухание битов».

Хранение данных

Неясно, как долго данные во флэш-памяти будут сохраняться в архивных условиях (т. е. при благоприятных температуре и влажности при нечастом доступе с профилактической перезаписью или без нее). компании Atmel на базе флэш-памяти В технических описаниях микроконтроллеров ATmega обычно указывается срок хранения 20 лет при 85 °C (185 °F) и 100 лет при 25 °C (77 °F).

Срок хранения варьируется в зависимости от типа и модели флэш-памяти. При подаче питания и простое заряд транзисторов, хранящих данные, регулярно обновляется прошивкой флэш -накопителя. Способность сохранять данные различается в зависимости от устройства флэш-памяти из-за различий в прошивке, избыточности данных и алгоритмах исправления ошибок .

В статье CMU в 2015 году говорится: «Сегодняшние флэш-устройства, которые не требуют обновления флэш-памяти, имеют типичный срок хранения 1 год при комнатной температуре». И это время удерживания экспоненциально уменьшается с ростом температуры. Это явление можно смоделировать уравнением Аррениуса .

Конфигурация ПЛИС

Некоторые FPGA основаны на ячейках флэш-конфигурации, которые используются непосредственно как (программируемые) переключатели для соединения внутренних элементов вместе с использованием того же типа транзистора с плавающим затвором, что и ячейки флэш-памяти в устройствах хранения данных.

Промышленность

Смотрите также: Полупроводниковая промышленность

Один источник утверждает, что в 2008 году объем производства и продаж индустрии флэш-памяти составил около 9,1 миллиарда долларов США. Другие источники оценивают объем рынка флэш-памяти в 2006 году в более чем 20 миллиардов долларов США, что составляет более восьми процентов от общего рынка полупроводников и более 34 процентов от общего рынка полупроводниковой памяти. В 2012 году рынок оценивался в $26,8 млрд. Производство чипа флэш-памяти может занять до 10 недель.

Производители

Основные статьи: Список производителей контроллеров флэш-памяти и Список производителей твердотельных накопителей.

Ниже приведены крупнейшие производители флэш-памяти NAND по состоянию на второй квартал 2023 года.

1. Самсунг Электроникс – 31,4%
2. Киоксиа – 20,6%
3. Вестерн Цифровая Корпорация – 12,6%
4. СК Хайникс – 18,5%
5. Микрон Технология – 12,3%
6. Прочие – 8,7% Примечание. SK Hynix приобрела бизнес Intel по производству NAND в конце 2021 г. Kioxia выделилась и была переименована в Toshiba в 2018/2019 году.

Samsung остается крупнейшим производителем флэш-памяти NAND по состоянию на первый квартал 2022 года.

Отгрузки

См. Также: Электронная промышленность и количество транзисторов.

Поставки флэш-памяти ( оценка произведенных единиц)

Годы)	Дискретные чипы флэш-памяти	Объем данных флэш-памяти ( гигабайты )	MOSFET с плавающим затвором Ячейки памяти (миллиарды)
1992	26,000,000	3	24
1993	73,000,000	17	139
1994	112,000,000	25	203
1995	235,000,000	38	300
1996	359,000,000	140	1,121
1997	477,200,000+	317+	2,533+
1998	762,195,122	455+	3,642+
1999	12,800,000,000	635+	5,082+
2000–2004		134 217 728 000 (НЕ-НЕ)	1 073 741 824 000 (НЕ-НЕ)
2005–2007	?
2008	1 226 215 645 (мобильная NAND)
2009	1 226 215 645+ (мобильная NAND)
2010	7,280,000,000+
2011	8,700,000,000
2012	5 151 515 152 ( серийный )
2013	?
2014	?	59,000,000,000	118,000,000,000+
2015	7 692 307 692 (НЕ-НЕ)	85,000,000,000	170,000,000,000+
2016	?	100,000,000,000	200,000,000,000+
2017	?	148,200,000,000	296,400,000,000+
2018	?	231,640,000,000	463,280,000,000+
2019	?	?	?
2020	?	?	?
1992–2020	45 358 454 134+ чипов памяти	758 057 729 630+ гигабайт	2 321 421 837   044+ миллиардов клеток

Помимо отдельных микросхем флэш-памяти, флэш-память также встроена в микроконтроллеры (MCU) и «система-на-кристалле» (SoC). устройства Флэш-память встроена в чипы ARM , которые продали 150   миллиардов единиц по всему миру по состоянию на 2019 год , и в программируемых устройствах «система-на-кристалле» (PSoC), которых по состоянию на 2012 год было продано 1,1   миллиарда единиц. . В сумме это составляет как минимум 151,1   миллиарда микросхем MCU и SoC со встроенной флэш-памятью в дополнение к 45,4   миллиардам известных продаж отдельных флэш-чипов по состоянию на 2015 год. , что в общей сложности составляет не менее 196,5   миллиардов чипов, содержащих флэш-память.

Флэш-масштабируемость

См. Также: Список примеров полупроводникового масштаба и закон Мура.

Благодаря своей относительно простой структуре и высокой потребности в большей емкости флэш-память NAND является наиболее агрессивно масштабируемой технологией среди электронных устройств . Жесткая конкуренция среди нескольких ведущих производителей только усиливает агрессивность в сокращении правил проектирования МОП-транзисторов с плавающим затвором или технологических узлов. Хотя ожидаемые сроки сокращения составляют два раза каждые три года в соответствии с исходной версией закона Мура , недавно в случае флэш-памяти NAND этот процесс был ускорен до двух раз каждые два года.

ITRS или компания	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
Дорожная карта ITRS Flash на 2011 год	32 нм	22 нм	20 нм	18 нм	16 нм
Обновленная дорожная карта ITRS Flash					17 нм	15 нм	14 нм
Samsung (Samsung 3D NAND)	35–20 нм	27 нм	21 нм ( МЛК , ТСХ )	19–16 нм 19–10 нм (МСХ, ТСХ)	19–10 нм V-NAND (24 л)	16–10 нм V-NAND (32 л)	16–10 нм	12–10 нм	12–10 нм
Микрон , Интел	34–25 нм	25 нм	20 нм (МЛК + Гонконг)	20 нм (ТСХ)	16 нм	16 нм 3D-НЕ-НЕ	16 нм 3D-НЕ-НЕ	12 нм 3D-НЕ-НЕ	12 нм 3D-НЕ-НЕ
Тошиба , WD ( СанДиск )	43–32 нм 24 нм (Тошиба)	24 нм	19 морских миль (МЛХ, ТСХ)		15 нм	15 нм 3D-НЕ-НЕ	15 нм 3D-НЕ-НЕ	12 нм 3D-НЕ-НЕ	12 нм 3D-НЕ-НЕ
СК Хайникс	46–35 нм	26 нм	20 нм (МЛК)		16 нм	16 нм	16 нм	12 нм	12 нм

Поскольку размер ячеек флэш-памяти MOSFET достигнет минимального предела 15–16 нм, дальнейшее увеличение плотности флэш-памяти будет обусловлено TLC (3 бита на ячейку) в сочетании с вертикальным укладкой плоскостей памяти NAND. Снижение срока службы и увеличение частоты неисправимых ошибок по битам, сопровождающие уменьшение размера объекта, могут быть компенсированы улучшенными механизмами исправления ошибок. Даже с учетом этих достижений может оказаться невозможным экономически масштабировать вспышку до меньших и меньших размеров, поскольку количество удерживающих электронов уменьшается. Многие многообещающие новые технологии (такие как FeRAM , MRAM , PMC , PCM , ReRAM и другие) находятся на стадии исследования и разработки как возможные более масштабируемые замены флэш-памяти.

Хронология

См. также: Постоянное запоминающее устройство § Временная шкала , Оперативная память § Временная шкала и Количество транзисторов § Память

Дата введения	Название чипа	Емкость пакета памяти Мегабиты (Мб), Гигабиты (Гб), Терабиты (Тб)	Тип вспышки	Тип ячейки	Слои или Стеки слоев	Производитель(и)	Процесс	Область	Ссылка
1984	?	?	НИ	СЛК	1	Тошиба	?	?
1985	?	256 КБ	НИ	СЛК	1	Тошиба	2000 нм	?
1987	?	?	NAND	СЛК	1	Тошиба	?	?
1989	?	1 Мб	НИ	СЛК	1	Сик, Intel	?	?
		4 Мб	NAND	СЛК	1	Тошиба	1000 нм
1991	?	16 Мб	НИ	СЛК	1	Мицубиси	600 нм	?
1993	DD28F032SA	32 Мб	НИ	СЛК	1	Интел	?	280 мм²
1994	?	64 Мб	НИ	СЛК	1	НЭК	400 нм	?
1995	?	16 Мб	ДИНАР	СЛК	1	Мицубиси, Хитачи	?	?
			NAND	СЛК	1	Тошиба	?	?
		32 Мб	NAND	СЛК	1	Хитачи, Самсунг, Тошиба	?	?
		34 Мб	Серийный	СЛК	1	СанДиск
1996	?	64 Мб	NAND	СЛК	1	Хитачи, Мицубиси	400 нм	?
				КЛК	1	НЭК
		128 Мб	NAND	СЛК	1	Самсунг, Хитачи	?
1997	?	32 Мб	НИ	СЛК	1	Интел, Шарп	400 нм	?
			NAND	СЛК	1	АМД, Фуджицу	350 нм
1999	?	256 Мб	NAND	СЛК	1	Тошиба	250 нм	?
				МЛК	1	Хитачи	1
2000	?	32 Мб	НИ	СЛК	1	Тошиба	250 нм	?
		64 Мб	НИ	КЛК	1	СТМикроэлектроника	180 нм
		512 Мб	NAND	СЛК	1	Тошиба	?	?
2001	?	512 Мб	NAND	МЛК	1	Хитачи	?	?
		1 Гибит	NAND	МЛК	1	Samsung
					1	Тошиба, СанДиск	160 нм	?
2002	?	512 Мб	НРОМ	МЛК	1	Сайфун	170 нм	?
		2 ГБ	NAND	СЛК	1	Самсунг, Тошиба	?	?
2003	?	128 Мб	НИ	МЛК	1	Интел	130 нм	?
		1 ГБ	NAND	МЛК	1	Хитачи
2004	?	8 ГБ	NAND	СЛК	1	Samsung	60 нм	?
2005	?	16 Гб	NAND	СЛК	1	Samsung	50 нм	?
2006	?	32 ГБ	NAND	СЛК	1	Samsung	40 нм
7 апреля	ТГАМ	128 ГБ	Сложенное NAND	СЛК		Тошиба	56 нм	252 мм²
7 сентября	?	128 ГБ	Сложенное NAND	СЛК		Хайникс	?	?
2008	ТГБМ	256 ГБ	Сложенное NAND	СЛК		Тошиба	43 нм	353 мм²
2009	?	32 ГБ	NAND	ТСХ		Тошиба	32 нм	113 мм²
		64 ГБ	NAND	КЛК		Тошиба, СанДиск	43 нм	?
2010	?	64 ГБ	NAND	СЛК		Хайникс	20 нм	?
				ТСХ		Samsung	20 нм	?
	ТГБМ2	1 Тб	Сложенное NAND	КЛК		Тошиба	32 нм	374 мм²
2011	КЛМКГ8ГЕ4А	512 ГБ	Сложенное NAND	МЛК		Samsung	?	192 мм²
2013	?	?	NAND	СЛК		СК Хайникс	16 нм	?
		128 ГБ	V-NAND	ТСХ		Samsung	10 нм	?
2015	?	256 ГБ	V-NAND	ТСХ		Samsung	?	?
2017	еУФС 2.1	512 ГБ	V-NAND	ТСХ	8 из 64	Samsung	?	?
		768 ГБ	V-NAND	КЛК		Тошиба	?	?
	KLUFG8R1EM	4 Тб	Сложенный V-NAND	ТСХ		Samsung	?	150 мм²
2018	?	1 Тб	V-NAND	КЛК		Samsung	?	?
		1,33 Тб	V-NAND	КЛК		Тошиба	?	158 мм²
2019	?	512 ГБ	V-NAND	КЛК		Samsung	?	?
		1 Тб	V-NAND	ТСХ		СК Хайникс	?	?
	еУФС 2.1	1 Тб	Сложенный V-NAND	КЛК	16 из 64	Samsung	?	150 мм²
2023	еУФС 4.0	8 Тб	3D-НЕ-НЕ	КЛК	232	микрон	?	?

См. также

• eMMC
• Контроллер флэш-памяти
• Шестнадцатеричный формат файла Intel
• Список файловых систем флэш-памяти
• Список производителей контроллеров флэш-памяти
• microSDXC (до 2 ТБ ) и последующий формат Secure Digital Ultra емкости ( SDUC ) с поддержкой карт емкостью до 128 ТиБ.
• Замена флэшки NOR
• Открытая рабочая группа по интерфейсу флэш-памяти NAND
• Оперативная память (RMM)
• Универсальное флэш-хранилище
• Безопасность USB-накопителя
• Написать усиление

Внешние ссылки

• Система определения характеристик полупроводников имеет разнообразные функции. Архивировано 22 октября 2018 г. на Wayback Machine.
• Понимание и выбор более производительных архитектур NAND. Архивировано 31 октября 2012 г. на Wayback Machine.
• Как работает флэш-накопитель, презентация Дэвида Вудхауса из Intel
• Флэш-тестирование на выносливость
• Справочник по восстановлению данных NAND Flash
• Тип флэш- OpenWrt памяти