nand микросхема

Схемы памяти NAND быстро становятся одним из наиболее широко используемых компонентов энергонезависимой памяти в электронике, от мобильных устройств до центров обработки данных. Обладая превосходной эффективностью записи и считывания, а также надежной емкостью, микросхемы NAND Flash продолжают открывать новые горизонты в мире электроники.

Что собой представляет микросхема NAND?

Модуль памяти NAND — это тип энергонезависимого электронного хранилища, который не нуждается ни в какой форме электропитания для хранения информации. Это разновидность носителя, в котором для сохранения данных применяется плавающий затвор и один транзистор для хранения каждого бита данных.

Чипы NAND стали наиболее широко используемым компонентом энергонезависимой памяти в электронике благодаря высокой продуктивности записи и считывания, высокой емкости и низкой стоимости. Они широко применяются в твердотельных накопителях (SSD), USB-флешкахх, SD-картах, цифровых камерах, портативных музыкальных плеерах и смартфонах.

Массивы данных во флэш-памяти NAND сохраняются в виде электрических блоков. Процесс экономии стал возможен благодаря электрической цепи.

История создания NAND

Микросхема памяти NAND стала результатом разработки полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) в середине 20 века. Развитие было ускорено изобретением полевого МОП-транзистора с плавающим затвором в 1967 году.

На этапе разработки MOSFET инженеры поняли, что эти затворы могут сохранять свое состояние без внешнего источника питания. Это открытие привело к изобретению в 1972 году EEPROM первого энергонезависимого модуля памяти.

Изобретение NAND датируется 1984 годом и принадлежит Фудзио Масуоке, работавшим тогда в Toshiba. Название NAND flash происходит от структуры устройства, которое состоит из ряда транзисторов с плавающим затвором, соединенных по схеме «NAND».

В 1988 году Toshiba и SanDisk создали первый в мире флэш-чип типа NAND. В 1999 году SanDisk разработала свой первый твердотельный носитель с использованием флэш-памяти NAND, который был назван картой Secure Digital (SD). 

В 2000 году Samsung Electronics представила свой первый флэш-накопитель NAND под названием Samsung Mobile Module, способный хранить 256 МБ данных, а в 2004 году выпустила SD-карту емкостью 2 ГБ с использованием технологии одноуровневых ячеек (SLC), а затем продолжила разработку технологии многоуровневых ячеек (MLC).

В следующем году были достигнуты успехи других компаний, таких как Lexar и Kingston Technology Company, которые разработали свои собственные SD-карты емкостью 2 ГБ с использованием технологии MLC.

Вскоре произошел дальнейший прогресс, когда Patriot Memory представили флэш-накопители емкостью 4 ГБ, а корпорация Verbatim представила возможность потребителям купить микросхему NAND USB-накопителя емкостью 8 ГБ с технологией MLC.

С тех пор разные производители добились больших успехов в проектировании и разработке интегральных схем памяти NAND. Это также повысило удобство использования этих чипов.

Типы микросхем памяти NAND

Сегодня производители предлагают несколько типов схем памяти NAND, самые популярные из которых перечислены ниже:

1. SLC (одноуровневая ячейка) — хранит один бит данных на ячейку, используя два уровня (0 или 1). SLC зачастую дороже, чем чипы MLC, потому что они используют больше сырья. Кроме того, они, как правило, имеют более медленное время считывания и записи.
2. MLC (многоуровневая ячейка) — имеет два бита информации на ячейку, используя четыре уровня (00, 01, 10, 11). По сравнению с SLC, он имеет меньшую выносливость. Это делает его более дешевым вариантом. Большинство ПК на рынке работают на MLC.
3. QLC (четырехуровневая ячейка) — хранит четыре бита данных на ячейку, используя восемь уровней (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111). Как правило, этот тип дешевле, чем два предыдущих варианта.
4. Микросхемы 3D NAND — это еще один тип энергонезависимой флэш-памяти NAND, разработанный Intel Corporation и Toshiba. Эта новая технология размещает транзисторы с плавающим затвором друг над другом для увеличения плотности хранения.

Основное преимущество технологии 3D NAND по сравнению с другими типами NAND заключается в том, что ее можно масштабировать без ухудшения производительности, поскольку для нее требуется одинаковое количество шагов обработки независимо от используемой емкости. Это отличают ее от многоуровневых ячеек (MLC), которые требуют дополнительных шагов обработки для каждого добавленного уровня, или одноуровневых ячеек (SLC), которые имеют ограниченный срок службы при программировании слишком много раз.

Преимущества микросхем памяти NAND 

Флэш-память NAND настолько популярна, потому что она имеет ряд преимуществ, которые делают ее лучшим выбором для большинства типов применения. К ним относятся:

1. Экономичность. NAND значительно дешевле других вариантов энергонезависимой памяти по себестоимости. Кроме того, для работы флэш-памяти NAND требуется гораздо меньше энергии, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.
2. Высокая емкость памяти. В зависимости от используемой технологии и количества слоев в чипе флэш-чипы NAND могут хранить до сотен гигабайт данных.
3. Высокая производительность. Большинство микросхем флэш-памяти NAND могут считывать и записывать данные с очень высокой скоростью. В отличие от жестких дисков, в которых для чтения и записи данных используются механические рычаги, во флэш-памяти используются транзисторы. Они намного быстрее, потому что им не нужно двигаться, чтобы получить доступ к данным.
4. Низкое энергопотребление. Микросхемы флэш-памяти NAND потребляют меньше энергии, чем жесткие диски и другие устройства хранения данных. Это делает их идеальными для приложений, где важна мощность.

На фото ниже представлен пример модуля памяти указанного типа — микросхема 29F1G08ABADA NAND Flash.

Технические характеристики NAND Flash IC

Подбирая флэш-чип NAND для определенного приложения, важно обратить внимание на его базовые технические характеристики.

Эти характеристики включают в себя:

• Объем памяти: измеряется в мегабайтах (МБ) или гигабайтах (ГБ);
• Тип упаковки: общие типы корпусов включают 8-контактный SOIC, 8-контактный PDIP, 16-контактный SOIC, 20-контактный SOIC, 24-контактный QSOP, 28-контактный SSOP и 32-контактный TSOP;
• Напряжение программирования: минимальное напряжение, необходимое для хранения данных на устройстве;
• Напряжение чтения: минимальное напряжение, необходимое для извлечения данных из устройства;
• Время программирования: период, необходимый для программирования микросхемы флэш-памяти NAND.

Также для данного типа микросхем памяти актуальны такие параметры как время стирания, время хранения данных в годах и остаток данных, показывающий сколько магнитного поля потребуется для перезаписи старых данных на микросхеме памяти.