---

Pamäte typu flash, najmä NAND a NOR, sú najpoužívanejším typom pamäťového integrovaného obvodu. Volatilnýmé pamäťové integrované obvody a nevolatilné pamäťové pamäťové obvody sú dvojocou základných podkategórií polovodičových pamäťových čipov. Najbežnejšími nevolatilnými pamäťovými integrovanými obvodmi sú pamäťové integrované obvody typu flash, ktoré sa ďalej delia na pamäťové obvody typu NOR a NAND. Sériové pamäte Flash dokázali s pokrokom techniky splniť požiadavky na rýchlosť a čítanie / zápis dát vo všeobecných systémoch. NOR Flash má relatívne jednoduchú a lacnú sériovú štruktúru. NOR Flash sa delí na paralelné a sériové (SPI) varianty. Keďže sériová pamäť Flash dokázala splniť primárne systémové požiadavky na rýchlosť a čítanie a zápis dát, SPI NOR Flash možno v podstate považovať za NOR Flash.

Ako funguje NOR Flash?

Základným prvkom pamäte NOR flash sú polovodičové tranzistory FGMOS (Floating Gate Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Každý tranzistor obsahuje oblasť známu ako "Floating Gate", alebo plávajúca brána. Táto oblasť má schopnosť buď zachytávať, alebo uvoľňovať elektróny, ktoré obsahuje. Tieto elektróny sa zachytávajú pri aktiváciií tranzistora. Keďže každý tranzistor môže predstavovať buď logickú 0, alebo 1, označujú sa ako pamäťové bunky. Tranzistor ako elektronický komponent sa používa na spínanie alebo zosilňovanie elektrických impulzov. Je to jeden zo základných komponentov súčasnej elektroniky.

Štruktúra a princíp fungovania NOR flash

Ako pamäťová bunka v pamätiach NOR flash aj NAND flash slúži trojbodové zariadenie z časťami source, drain a gate. Podobne ako tranzistor riadený poľom, tak aj toto zariadenie využíva napätie na reguláciu stavov zapnutia / vypnutia source a drain, pričom na gate spotrebúva veľmi malý prúd. Stredná vrstva nitridu plávajúceho hradla, ktorá slúži ako nábojová potenciálová jamka a môže uchovávať náboj, je umiestnená medzi dvoma vrstvami materiálu oxidu kremičitého. Rozpadu sa predchádza, pretože horná a dolná vrstva oxidu sú hrubšie ako 50.
Akt zápisu údajov do pamäťovej bunky zahŕňa vstreknutie náboja do jamky s nábojovým potenciálom. "Injekcia" elektrónov, ktorá nabíja plávajúce hradlo cez source (NOR používa túto techniku na zápis dát), a tunelový efekt F-N, ktorý nabíja plávajúce hradlo cez kremíkovú bázu (NAND používa túto techniku na zápis dát), sú dvoma dostupnými metódami.
Je dôležité poznamenať, že pri oboch formách pamäte Flash sa musia náboje na plávajúcich hradlách najprv vybiť tunelovým efektom F-N, aby sa pred zápisom nových údajov vymazali predchádzajúce údaje.

Čo je NAND Flash?

V roku 1989 spoločnosť Toshiba predstavila štruktúru NAND flash, ktorá bola oceňovaná pre nižšie náklady na 1 bit, vyšší výkon a jednoduchú možnosť aktualizácie prostredníctvom rozhrania podobného pevnému disku. Vytvorenie pamäte Flash pomocou NAND Flash je oveľa lacnejšie, pretože sa číta vo forme diskrétnych častí, zvyčajne po 512 bajtoch, na rozdiel od použitia technológie náhodného čítania pamäte. Keďže používatelia nemôžu spúšťať kód priamo na pamäti NAND Flash, mnohé vývojové dosky obsahujú okrem pamäte NAND Flash aj malú pamäť NOR Flash na vykonávanie inicializačného kódu.

Ako funguje pamäť NAND Flash?

V pamäti NAND Flash sa používajú milióny pamäťových buniek na báze MOSFET s nábojovou pascou. Na vytvorenie týchto buniek sa používa nanotechnológia. Elektróny v pamäťových bunkách CTF (Charge Trap Flash Memory) sa môžu buď uvoľňovať, alebo zachytávať. Každá bunka mohla predtým reprezentovať len jeden bit, buď 0 alebo 1.
Tri kľúčové komponenty CTF sú brána, kanál a nábojová pasca. Všetky sú rozdelené pomocou dielektrickej vrstvy. Pre schopnosť buď ukladať, alebo uvoľňovať elektróny, ktoré zadržiava, je tento prvok známy ako nábojová pasca. Článok symbolizuje 1, keď v ňom nie sú zachytené žiadne elektróny, a 0, keď v ňom zachytené elektróny sú. Jeden súčasný CFT môže byť hodnotnejší ako starší CFT. Na dosiahnutie tohto cieľa uchováva prvok Charge Trap rozsah úrovní náboja. Potrebujeme napríklad 8 rôznych nábojov alebo napätí, ktoré reprezentujú 8 rôznych hodnôt.

Štruktúra a princíp fungovania pamäte NAND flash

Na vytvorenie polí NAND Flash sa používajú najmenšie vymazateľné jednotky zariadenia NAND a to 128kB bloky. Ak chcete pamäťový blok vymazať, nastavte všetky bity na "1" (a všetky bajty na "FFh"). Na prevod vymazaných bitov "1" na "0" je potrebné opätovné programovanie (Bajt je najmenšia jednotka počítačového kódu). Niekoľko typov pamäte NOR flash umožňuje operácie čítania a zápisu. Pamäť NAND nemôže vykonávať operácie čítania aj zápisu, hoci na systémovej úrovni môže prostredníctvom "tieňovania" údajov. Systém BIOS sa pomocou tejto techniky v osobných počítačoch už mnoho rokov načítava z pomalšej pamäte ROM do rýchlejšej pamäte RAM.

Porovnanie pamätí NOR Flash a NAND Flash

Funkcie NOR Flash:

• Schopnosť pamäťových zariadení využívajúcich tento typ pamäte flash uchovávať údaje bez potreby batérie alebo iného zdroja napájania je známa ako nevolatilná pamäť, známa tiež ako pamäť NOR flash. Veľmi dlho dokáže uchovávať údaje bez toho, aby sa s nimi manipulovalo.
• Hustota pamäte: NOR flash má vyššie výrobné náklady ako NAND flash napriek tomu, že ide o pamäť s pomerne vysokou hustotou, čo znamená, že malý čip sa dokáže uložiť veľké množstvo údajov.
• Rozhranie s náhodným prístupom: Rozhranie náhodného prístupu pamäte NOR Flash umožňuje zamerať sa na konkrétnu oblasť pamäte namiesto jej postupného čítania od začiatku. Vďaka tejto funkcii sa dá flexibilnejšie používať počas pracovného cyklu.
• Rýchlejší čas čítania: Čítanie údajov obsiahnutých v pamäti NOR Flash prebieha rýchlejšie.

Funkcie pamäte NAND Flash:

• Všetky typy pamätí NAND flash sú nevolatilné, čo znamená, že uchovávajú svoje údaje, aj keď nie je k dispozícii batéria alebo iný zdroj napájania. Tieto pamäte môžu uchovávať veľké množstvo údajov pri zachovaní svojej integrity.
• Nízke výrobné náklady: Výroba pamäte NAND flash je mimoriadne lacná. Aby sa lepšie vyhovelo požiadavkám spotrebiteľov, výrobcovia vytvárajú pamäťové zariadenia NAND v rôznych tvaroch, veľkostiach a prevedeniach púzdier. Preto sa zariadenia založené na pamäti NAND flash používajú častejšie ako tradičné možnosti ukladania dát.
• Keďže pamäť NAND flash má vysokú hustotu, mali by ste byť schopní nájsť 2 TB úložné zariadenie v každom susednom obchode s počítačmi. Keďže veľkosť najnovších aplikácií sa zväčšuje, inžinieri a vedci sa snažia vytvoriť pamäte flash s väčšou kapacitou úložiska.
• Jednou z najlepších vlastností pamäte NAND flash je možnosť naprogramovať ju podľa svojich požiadaviek. Programovateľné čipy môžete použiť, kedykoľvek ich potrebujete, pretože dokážu uložiť akýkoľvek typ údajov vrátane dokumentov a videí.
• Rýchlejší čas zápisu a vymazania: Keďže zápis údajov do pamäte NAND flash trvá kratšie, využíva sa v aplikáciách, kde sa uprednostňuje trvalý zápis pred načítaním údajov. Ďalšou charakteristickou vlastnosťou pamäte NAND flash je jednoduchosť vymazania jej obsahu. Použitím príkazu delete sa okamžite odstráni veľké množstvo údajov.

Praktické porovnanie NAND Flash a NOR Flash

Parameter	Pamäť NAND Flash	Pamäť NOR Flash
Spoľahlivosť	Nízka	Vysoká
Cena	Nízka	Vysoká
Spotreba	Nízka	Vysoká
Kapacita	Vysoká	Nízka
Rýchlosť zápisu	Vysoká	Nízka
Rýchlosť mazania	Vysoká	Nízka
Rýchlosť čítania	Nízka	Vysoká

 

Rozdiely medzi pamäťou NAND Flash a NOR Flash

Architektúra pamäte:

Architektúra NOR Flash má dostatok adresových liniek na mapovanie celého rozsahu pamäte. To je ideálne na vykonávanie kódu, pretože ponúka vysokú rýchlosť čítania a náhodný prístup. Ďalšou výhodou je skutočnosť, že časť bude obsahovať len 100 % overených dobrých bitov. Nevýhodou väčších buniek sú vyššie náklady na jeden bit a pomalšie rýchlosti zápisu a mazania.

Pamäť NAND Flash má výrazne menšie bunky a vyššie rýchlosti zápisu a mazania ako pamäť NOR Flash. Nevýhodou je pomalší výkon čítania a nepriamy typ mapovania I/O rozhrania, ktorý je komplikovanejší a neposkytuje náhodný prístup. Je nevyhnutné si uvedomiť, že na rozdiel od pamäte NOR Flash sa vykonávanie kódu z pamäte NAND Flash realizuje tieňovaním obsahu do pamäte RAM. Ďalším veľkým problémom je zlé blokovanie. Zariadenie musí mať funkciu kódu na opravu chýb (ECC), pretože pamäť NAND Flash sa zvyčajne dodáva s 98 % dobrých bitov a počas svojej životnosti má ďalšie poruchy bitov.

Uchovávanie údajov:

Uchovávanie údajov je ďalšou oblasťou spoľahlivosti, v ktorej NOR Flash vyniká. Napríklad pamäť typu S70GL02GT  NOR Flash má kapacitu až 1 000 cyklov programovania / vymazávania a 20 rokov. Pre pamäť NAND Flash S34ML04G2 je typická doba uchovávania údajov desať rokov.
Množstvo programov a cyklov vymazania býva významným faktorom. Je to výsledok, pretože pamäť NOR Flash kedysi poskytovala 10-krát viac cyklov programovania a mazania ako pamäte NAND Flash. Tieto dve pamäte už nie je možné porovnávať z dôvodu technologických zlepšení. Napríklad pamäte S70GL02GT NOR a S34ML04G2 NAND vydržia 100 000 cyklov programovania a mazania. Každá operácia však vymaže len menšie množstvo úložného priestoru, pretože NAND Flash používa menšie bloky. Z hľadiska celkovej životnosti tak prekonáva pamäť NOR Flash.

Spoľahlivosť:

Každý pamäťový komponent musí zohľadňovať aj spoľahlivosťuloženia údajov. Niektoré bity v pamäti flash sa môžu obrátiť v dôsledku preklopenia bitov. Pamäť NOR Flash sa s týmto problémom nestretáva tak často ako pamäť NAND Flash. Z dôvodu obáv o výťažnosť sa pamäte NAND Flash predávajú s náhodne rozptýlenými poškodenými blokmi. Keď sa počas životnosti pamäte NAND Flash vykoná viac cyklov vymazávania a programovania, rozpadne sa viac pamäťových buniek. Preto musí mať pamäť NAND Flash schopnosť zvládnuť chybné bloky. Naopak, v pamäti NOR Flash sa počas celého životného cyklu pamäte zhromažďuje len veľmi málo problematických blokov a pri predaji sa v nej nenachádzajú žiadne chybné bloky. Pamäť NOR Flash je lepšia ako pamäť NAND Flash z hľadiska spoľahlivosti uložených údajov.

Kapacita pamäte:

Keďže pamäte NAND Flash sú lacnejšie ako pamäte NOR Flash, možno ich získať v oveľa vyššej hustote. Pamäť NAND Flash je zvyčajne dostupná v kapacitách od 1 GB do 16 GB. Hustota pamäte NOR Flash sa pohybuje od 64 MB do 2 GB. Pamäť NAND Flash sa väčšinou využíva na aplikácie na ukladanie údajov, pretože má vyššiu hustotu.

Spotreba energie:

Pamäť NOR Flash v aktívnom stave často spotrebuje viac energie ako pamäť NAND Flash. Pohotovostný prúd pamäte NOR Flash je podstatne nižší ako prúd pamäte NAND Flash. Okamžitý aktívny výkon je porovnateľný pre oba typy pamäte Flash. Preto dĺžka aktívnej pamäte určuje aktívny výkon. Aj keď pamäť NAND Flash spotrebuje oveľa menej energie pri vykonávaní operácií vymazávania, zápisu a sekvenčného čítania, pamäť NOR Flash má výhodu, pokiaľ ide o náhodné čítanie.

Záver porovnania NAND Flash a NOR Flash

Pamäť NOR Flash je vo všeobecnosti skvelou voľbou pre aplikácie, ako sú programy na vykonávanie kódu, ktoré potrebujú menej úložného priestoru, rýchly náhodný prístup a vysoko spoľahlivé údaje. Naopak, pamäť NAND Flash funguje dobre v aplikáciách, ako je ukladanie údajov, keď je potrebná väčšia kapacita pamäte a rýchlejšie operácie zápisu a mazania. Pamäť NAND Flash poskytuje lepší výkon zápisu pri nižších nákladoch v porovnaní s pamäťou NOR Flash. Väčšina pamätí Flash, ktorá sa v súčasnosti používa v smartfónoch, tabletoch, kartách SD, diskoch SSD a iných zariadeniach, je pamäť NAND Flash.

---

---

---