플래시 메모리

Flash memory
「FlashROM」이 리다이렉트 됩니다.프로그래밍 유틸리티에 대해서는 Flashrom(유틸리티)을 참조하십시오.
인간의 기억과 관련된 신경심리학적 개념은 Flashbulb memory를 참조하십시오.
분해된 USB 플래시 드라이브.왼쪽에 있는 칩은 플래시 메모리입니다.컨트롤러는 오른쪽에 있습니다.
컴퓨터 메모리 및 데이터 스토리지 유형
일반
휘발성
들이받다
이력
비휘발성
ROM
NVRAM
초기 NVRAM
아날로그 녹음
옵티컬
개발 중
이력

플래시 메모리는 전기적으로 지우고 다시 프로그래밍할 수 있는 전자 비휘발성 컴퓨터 메모리 저장 매체입니다.플래시 메모리의 두 가지 주요 유형인 NOR 플래시와 NAND 플래시는 NOR 및 NAND 로직 게이트의 이름을 따서 명명되었습니다.둘 다 플로팅 게이트 MOSFET로 구성된 동일한 셀 설계를 사용합니다.비트선 또는 워드선 상태가 높은지 낮은지에 따라 회로 레벨이 다릅니다. NAND 플래시에서는 비트선과 워드선 간의 관계가 NAND 게이트와 비슷하며 NOR 플래시에서는 NOR 게이트와 비슷합니다.

플래시 메모리는 1980년 도시바에서 개발됐으며 EEPROM 기술을 기반으로 한다.도시바는 [1]1987년에 플래시 메모리를 판매하기 시작했다.EPROM을 다시 쓰기 전에 완전히 삭제해야 했습니다.그러나 NAND 플래시 메모리는 일반적으로 장치 전체보다 훨씬 작은 블록(또는 페이지) 단위로 삭제, 쓰기 및 읽을 수 있습니다.NOR 플래시 메모리를 사용하면 단일 기계 워드를 지워진 위치에 쓰거나 독립적으로 읽을 수 있습니다.플래시 메모리 디바이스는 일반적으로 1개 이상의 플래시 메모리칩(각각 다수의 플래시 메모리셀을 수용)과 개별 플래시 메모리컨트롤러 칩으로 구성됩니다.

NAND 유형은 주로 메모리 카드, USB 플래시 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브(2009년 이후 생산된 제품), 피처폰, 스마트폰 및 이와 유사한 제품에서 일반적인 데이터 저장 및 전송에 사용됩니다.NAND 또는 NOR 플래시 메모리는 이전에 EEPROM 또는 배터리로 구동되는 정적 RAM에 의해 가능했던 수많은 디지털 제품에 구성 데이터를 저장하는 데 자주 사용됩니다.플래시 메모리의 주요 단점은 특정 [2]블록에서 상대적으로 적은 수의 쓰기 사이클만 견딜 수 있다는 것입니다.

플래시 메모리는 컴퓨터, PDA, 디지털 오디오 플레이어, 디지털 카메라, 휴대전화, 신시사이저, 비디오 게임, 과학 기기, 산업용 로봇 공학 및 의료 전자제품에 사용됩니다.플래시 메모리는 읽기 액세스 시간은 빠르지만 정적 RAM이나 ROM만큼 빠르지는 않습니다.휴대용 장치에서는 기계적 충격에 대한 내성이 있기 때문에 하드 디스크보다 선호됩니다.

소거 사이클이 느리기 때문에 플래시 메모리의 소거에 사용되는 블록사이즈가 크기 때문에 대량의 데이터를 쓸 때 비플래시 EEPROM에 비해 큰 속도를 얻을 수 있습니다.2019년 현재 플래시 메모리는 바이트 프로그래밍이 가능한 EEPROM보다 훨씬[by how much?] 저렴하며, 시스템이 상당한 양의 비휘발성 솔리드 스테이트 스토리지를 필요로 하는 메모리 유형이 되었습니다.단, EEPROM은 시리얼 존재 [4][5]검출과 같이 적은 양의 스토리지만 필요로 하는 애플리케이션에서는 여전히 사용됩니다.

플래시 메모리 패키지는 스루실리콘 비아와 수십 층의 3D TLC NAND 셀(다이당)을 사용하여 다이 스태킹을 동시에 사용하여 패키지당 최대 1테비바이트의 용량을 달성할 수 있습니다.패키지 [6][7][8][9]내에는 16개의 스택형 및 통합 플래시 컨트롤러를 별도의 다이로 사용합니다.

역사

배경

플래시 메모리의 기원은 플로팅 게이트 [10][11]트랜지스터라고도 불리는 플로팅 게이트 MOSFET(FGMOS)의 개발로 거슬러 올라갈 수 있습니다.MOS 트랜지스터로도 알려진 최초의 MOSFET (금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)는 이집트 엔지니어 모하메드 M에 의해 발명되었다. 1959년 [12]벨 연구소에서 아탈라와 한국인 엔지니어 다원 칸.Kahng은 1967년 [13]Bell Labs에서 중국 엔지니어 Simon Min Sze와 함께 변형된 플로팅 게이트 MOSFET을 개발했습니다.그들은 비휘발성 및 재프로그래밍 [13]가능한 Programmable Read-Only Memory(PROM; 프로그램 가능 읽기 전용 메모리) 형식을 저장하기 위한 플로팅 게이트 메모리 셀로 사용할 수 있다고 제안했다.

플로팅 게이트 메모리의 초기 유형에는 1970년대에 EPROM(소거 가능 PROM)과 EEPROM(전기적으로 소거 가능 PROM)[13]이 있었습니다.그러나 초기 플로팅 게이트 메모리는 엔지니어가 데이터 비트별로 메모리 셀을 구축해야 했습니다.이는 [14]번거롭고 [15]느리며 비용이 많이 드는 것으로 판명되어 1970년대 플로팅 게이트 메모리는 군사 장비나 최초의 실험용 휴대 [10]전화와 같은 틈새 애플리케이션에 한정되었습니다.

발명 및 상용화

도시바에서 일하는 동안, 후지오 마스오카는 [10]셀 그룹에 연결된 하나의 와이어에 전압을 가함으로써 메모리의 모든 부분을 빠르고 쉽게 지울 수 있는 새로운 형태의 플로팅 게이트 메모리를 제안했다.이것은 [14][16][17]마스오카가 1980년 도시바에서 플래시 메모리를 발명하는 계기가 되었다.도시바에 의하면, 「플래시」라고 하는 이름은, 마스오카씨의 동료인 아리이즈미 쇼지씨가 제안한 것으로, 기억 내용의 소거 과정이 카메라의 [18]플래시를 연상시켰기 때문이라고 한다.Masuoka와 동료들은 1984년에 [19][20]NOR 플래시의 발명을 발표했고, 그 후 샌프란시스코에서 [21]열린 IEEE 1987 국제 전자 소자 회의(IEDM)에서 NAND 플래시의 발명을 발표했습니다.

도시바는 1987년 [1][13]낸드플래시를 상용 출시했다.인텔은 [22]1988년에 최초의 상용 NOR 타입 플래시 칩을 도입했습니다.NOR 기반 플래시는 지우기 및 쓰기 시간이 길지만 전체 주소 및 데이터 버스를 제공하여 모든 메모리 위치에 랜덤으로 액세스할 수 있습니다.이것에 의해, 컴퓨터의 BIOS 나 셋톱 박스의 펌 웨어 등, 거의 갱신할 필요가 없는 프로그램 코드를 격납하기 위해서 사용되는 낡은 읽기 전용 메모리(ROM) 칩에 적합합니다.내구성은 온칩 플래시 [23]메모리의 경우 100회 정도의 소거 사이클에서 보다 일반적인 10,000회 또는 100,000회,[24] 최대 1,000,000회까지 다양합니다.NOR 기반 플래시는 초기 플래시 기반 이동식 미디어의 기반이었습니다. CompactFlash는 원래 이 미디어를 기반으로 했지만, 나중에는 더 저렴한 NAND 플래시로 카드를 옮겼습니다.

NAND 플래시는 지우기 및 쓰기 시간을 단축하고 셀당 칩 면적을 적게 요구하므로 NOR 플래시보다 스토리지 밀도와 비트당 비용이 더 저렴합니다.그러나 NAND 플래시의 I/O 인터페이스는 랜덤 액세스 외부 주소 버스를 제공하지 않습니다.대신, 데이터는 블록 단위로 읽어야 하며, 일반적으로 수백에서 수천 비트의 블록 크기를 사용해야 합니다.대부분의 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러는 바이트 수준의 랜덤 액세스가 필요하기 때문에 NAND 플래시는 프로그램 ROM의 드롭인 대체품으로 적합하지 않습니다.이런 점에서 낸드 플래시 하드 디스크 및 광학 매체와 같은 다른 보조 데이터 저장 장치에 따라 높은 메모리 카드와 고체 드라이브(SSD) 같은 mass-storage 장치에서 사용에 적합하다 비슷하다.플래시 메모리 카드와 SSDs 데이터를 저장 다양한 낸드 플래시 메모리 칩을 사용하여.

최초의 NAND 기반 이동식 메모리 카드 형식은 1995년에 출시된 스마트미디어였다.그 외, 멀티미디어 카드, 시큐어 디지털, 메모리 스틱, xD 픽처 카드 등, 많은 기업이 그 뒤를 이었다.

이후의 개발

RS-MMC, miniSD, microSD 등 새로운 세대의 메모리 카드 포맷은 매우 작은 폼 팩터를 특징으로 합니다.예를 들어 microSD 카드의 면적은2 1.5cm를 조금 넘고 두께는 1mm 미만입니다.

낸드 플래시는 2000년대 후반에서 2010년대 [25]초반까지 상용화된 여러 주요 기술의 결과로 상당한 수준의 메모리 밀도를 달성했습니다.

MLC(Multi-Level Cell) 테크놀로지는 각 메모리 셀에 여러 비트를 저장합니다.NEC는 1998년 80Mb 플래시 메모리 칩에 [26]셀당 2비트를 저장하는 멀티레벨셀(MLC) 기술을 시연했다.또한 STMicroelectronics는 64MB NOR 플래시 메모리 [27]칩을 탑재한 MLC를 2000년에 시연했습니다.도시바와 샌디스크는 2009년 셀당 4비트를 저장해 64기가비트 [28][29]용량의 QLC 기술을 적용한 낸드플래시 칩을 선보였다.삼성전자는 셀당 3비트를 저장하는 트리플레벨셀(TLC) 기술을 선보이며 2010년 [30]TLC 기술로 낸드칩 양산을 시작했다.

충전 트랩 플래시

차지 트랩 플래시(CTF) 기술은 위 차단 게이트 산화물과 아래 터널링 산화물 사이에 끼어 있는 폴리실리콘 플로팅 게이트를 전기적으로 절연된 질화 실리콘 층으로 대체합니다. 질화 실리콘 층은 전자를 트랩합니다.이론적으로 CTF는 전자 누출 가능성이 낮기 때문에 데이터 [31][32][33][34][35][36]보존이 향상됩니다.

CTF는 폴리실리콘을 전기 절연 질화물로 대체하기 때문에 셀이 작고 내구성이 높아집니다(열화 또는 마모 감소).그러나 전자는 갇히고 질화물에 축적되어 열화를 초래할 수 있습니다.온도가 상승하면 전자가 더 많이 들뜨기 때문에 누출은 고온에서 악화됩니다.그러나 CTF 기술은 여전히 일반적인 방식으로 손상될 수 있기 때문에 이 기술의 약점인 터널링 산화물과 블로킹 층을 사용합니다(터널 산화물은 매우 높은 전장과 AHI([37][38]아노드 핫 홀 주입)에 의해 블로킹 층이 저하될 수 있습니다).

산화물의 열화 또는 마모는 플래시 메모리의 내구성이 제한되는 이유이며, 산화물이 열화됨에 따라 전기 절연 특성이 상실되기 때문에 데이터 보존이 저하되고(데이터 손실 가능성이 높아집니다).산화물은 전자 누출을 방지하기 위해 전자로부터 절연되어야 하며, 이로 인해 데이터가 손실될 수 있습니다.

1991년, N. K. 고다마를 포함한 선관위 연구자.오야마와 시라이 히로키는 충전 트랩 방식으로 [39]플래시 메모리의 종류를 설명했다.1998년 사이펀반도체(나중에 스팬시온에 인수됨)의 보아즈 에이탄은 기존의 [40]플래시 메모리 설계에 사용되는 플로팅 게이트를 대체하는 전하 트래핑 층을 이용한 NROM이라는 플래시 메모리 기술을 특허 취득했습니다.2000년에는 리처드 M이 이끄는 Advanced Micro Devices(AMD) 연구팀.Fastow, 이집트 엔지니어 Khaled Z.Ahmed와 요르단의 엔지니어 Sameer Haddad(나중에 Spansion에 입사)는 NOR 플래시 메모리 [41]셀의 전하 트래핑 메커니즘을 시연했습니다.CTF는 [42]이후 2002년 AMD와 후지쯔에 의해 상용화됐다. 3D V낸드(수직 낸드) 기술은 3D 차지트랩플래시(CTP) 기술을 이용해 낸드플래시 메모리 셀을 칩 안에 수직으로 적층한다.3D V낸드 기술은 도시바가 2007년 [43]처음 발표했으며 삼성전자가 2013년 [44][45]24단으로 첫 상용화했다.

3D 집적회로 기술

3D 집적회로(3D IC) 기술은 집적회로(IC) 칩을 하나의 3D IC 칩 [25]패키지에 수직으로 적층합니다.도시바는 2007년 4월 2GB 낸드플래시 [46]칩 8개를 적층해 제조한 16GB eMMC 규격(제품번호 THGAM0G7D8DBAI6) 내장형 낸드플래시 메모리 칩을 출시하면서 3D IC 기술을 NAND 플래시 메모리에 도입했다.2007년 9월 하이닉스반도체(현 SK하이닉스)는 웨이퍼 본딩 [47]공정을 이용해 낸드플래시 칩 24개를 적층해 제조한 16GB 플래시 메모리 칩을 탑재한 24단 3D IC 기술을 선보였다.도시바는 2008년 [48]32GB THGBM 플래시 칩에 8단 3D IC를 사용하기도 했다.2010년 도시바는 128GB THGBM2 플래시 칩에 16겹의 3D IC를 사용했는데, 이 칩은 16겹의 8GB [49]칩으로 제조되었다.2010년대에 3D IC는 모바일 [25]장치의 NAND 플래시 메모리에 널리 상용화되었습니다.

2017년 8월 현재 최대 400GB(4000억 바이트) 용량의 마이크로SD 카드를 사용할 [50][51]수 있습니다.같은 해 삼성은 3D IC칩 스태킹과 3D V낸드 및 TLC 기술을 결합하여 8개의 64층 V낸드 [52]칩을 갖춘 512GB KLUFG8R1EM 플래시 메모리 칩을 제조했다.2019년 삼성은 8개의 [53][54]적층 96층 V-낸드 칩과 QLC 기술을 탑재한 1024GB 플래시 칩을 생산했다.

동작 원리

플래시 메모리 셀

플래시 메모리는 플로팅 게이트 트랜지스터로 이루어진 메모리 셀 배열에 정보를 기억한다.Single-Level Cell(SLC; 싱글레벨 셀) 디바이스에서는 각 셀에 저장되는 정보는 1비트뿐입니다.트리플 레벨 셀(TLC) 디바이스를 포함한 Multiple-Level Cell(MLC; 멀티레벨 셀) 디바이스는 셀마다 여러 비트를 저장할 수 있습니다.

플로팅 게이트는 도전성(일반적으로 대부분의 플래시 메모리에서는 폴리실리콘) 또는 비전도성(SONOS 플래시 [55]메모리와 마찬가지로)입니다.

플로팅 게이트 MOSFET

주요 기사:플로팅 게이트 MOSFET

플래시 메모리에서 각 메모리 셀은 표준 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor 전계효과 트랜지스터)와 유사하지만 트랜지스터는 1개의 게이트가 아닌 2개의 게이트를 가지고 있습니다.셀은 전류가 두 단자(소스 및 드레인) 사이를 흐르는 전기 스위치로 볼 수 있으며 플로팅 게이트(FG)와 컨트롤 게이트(CG)에 의해 제어됩니다.CG는 다른 MOS 트랜지스터의 게이트와 비슷하지만 그 아래에는 산화층에 의해 모든 주위에 절연된 FG가 있습니다.FG는 CG와 MOSFET 채널 사이에 있습니다.FG는 절연층에 의해 전기적으로 절연되기 때문에 그 위에 놓인 전자가 갇힙니다.FG에 전자가 충전되면 이 전하가 CG의 전계를 차단하여 셀의 임계값 전압(VT1)을 높입니다.즉, 이제 채널을 전도성 상태로 만들려면 CG에 더 높은 전압(VT2)을 적용해야 합니다.트랜지스터로부터 값을 읽기 위해 CG에 역치전압(VT1, VT2) 사이의 중간전압을 인가한다.채널이 이 중간 전압에서 전도하는 경우 FG는 충전되지 않아야 합니다(충전된 경우 중간 전압이 V보다T2 작기 때문에 전도되지 않음). 따라서 논리 "1"이 게이트에 저장됩니다.채널이 중간 전압에서 전도하지 않으면 FG가 충전되었음을 나타내므로 게이트에 논리 "0"이 저장됩니다.논리 "0" 또는 "1"의 존재는 CG에서 중간 전압이 아사트될 때 트랜지스터를 통해 전류가 흐르는지 여부를 판단함으로써 감지됩니다.셀당 1비트 이상을 격납하는 멀티레벨 셀 디바이스에서는 FG의 전하 수준을 보다 정확하게 판단하기 위해 (단순히 유무에 관계없이) 전류량을 검출한다.

플로팅 게이트 MOSFET는 플로팅 게이트와 실리콘 사이에 전기적으로 절연된 터널 산화물층이 존재하기 때문에 이름이 붙여졌습니다.그래서 게이트는 실리콘 위에 "플로팅"됩니다.산화물은 전자를 부유 게이트에 가둬둔다.열화 또는 마모(및 플로팅 게이트 플래시 메모리의 내구성 제한)는 산화물에 의해 발생하는 매우 높은 전계(cm당 1000만 볼트)에 의해 발생합니다.이러한 고전압 밀도는 상대적으로 얇은 산화물에서 시간이 지남에 따라 원자 결합을 파괴할 수 있으며, 전기 절연 특성이 점차 저하되고 전자가 부유 게이트에서 산화물로 자유롭게 갇히고 통과할 수 있도록 하여 전자(사용되는 양) 이후 데이터 손실의 가능성을 증가시킵니다.MLC 플래시 내의 서로 다른 비트 조합에 할당되는 각 전하레벨을 나타내기 위해 보통 플로팅게이트에 있습니다따라서 데이터 보유율이 낮아지고 성능 [56][57][35][58][59]저하와 함께 데이터 손실 위험이 증가합니다.

파울러-노르하임 터널링

제어 게이트에서 플로팅 게이트로 전자를 이동하는 과정은 파울러-노르하임 터널링이라고 불리며, MOSFET의 임계값 전압을 증가시킴으로써 셀의 특성을 근본적으로 변화시킵니다.그러면 트랜지스터를 통해 흐르는 드레인 소스 전류가 특정 게이트 전압에 대해 변경되어 최종적으로 이진 값을 인코딩하는 데 사용됩니다.파울러-노르하임 터널링 효과는 가역적이기 때문에 전통적으로 쓰기 [60]및 지우기로 알려진 프로세스인 플로팅 게이트에 전자를 추가하거나 플로팅 게이트에서 제거할 수 있습니다.

내부 충전 펌프

비교적 높은 프로그래밍 및 소거 전압이 필요함에도 불구하고, 오늘날 거의 모든 플래시 칩은 단일 공급 전압만 필요로 하며 온칩 충전 펌프를 사용하여 필요한 고전압을 생성합니다.

1.8V 낸드플래시 칩이 사용하는 에너지의 절반 이상이 충전 펌프 자체에서 손실됩니다.부스트 컨버터는 본질적으로 충전 펌프보다 효율적이기 때문에 저전력 SSD를 개발하는 연구진은 모든 초기 플래시 칩에 사용된 이중 Vcc/Vpp 공급 전압으로 돌아가 단일 외부 부스트 [61][62][63][64][65][66][67][68]컨버터를 사용하는 SSD의 모든 플래시 칩에 높은 Vpp 전압을 적용할 것을 제안했습니다.

우주선 및 기타 고방사선 환경에서 온칩 충전 펌프는 플래시 칩의 첫 번째 고장 부분이지만 플래시 메모리는 읽기 전용 모드로 훨씬 높은 방사선 [69]레벨에서 계속 작동합니다.

NOR 플래시

NOR 플래시 메모리 배선 및 실리콘 구조

NOR 플래시에서는 각 셀의 한쪽 끝은 접지에 직접 접속되고 다른 한쪽 끝은 비트선에 직접 접속됩니다.이 배열은 NOR 게이트와 같이 작동하기 때문에 "NOR 플래시"라고 불립니다. (셀의 CG에 연결된) 워드선 중 하나를 높이면 해당 스토리지 트랜지스터가 출력 비트선을 낮게 당기는 역할을 합니다.NOR 플래시는 개별 비휘발성 메모리 [citation needed]장치를 필요로 하는 임베디드 애플리케이션에 계속 적합한 기술입니다.NOR 디바이스의 읽기 지연 시간이 짧기 때문에 단일 메모리 [70]제품에서 직접 코드를 실행하고 데이터를 저장할 수 있습니다.

프로그래밍

핫 전자 주입을 통한 NOR 메모리 셀 프로그래밍(논리 0으로 설정)
양자 터널링을 통한 NOR 메모리 셀 삭제(논리 1로 설정)

싱글 레벨 NOR 플래시 셀은 논리적으로 2진수 "1" 값과 동일합니다. 이는 적절한 전압이 제어 게이트에 인가되면 전류가 채널을 통해 흐르기 때문에 비트라인 전압이 내려오기 때문입니다.NOR 플래시 셀은 다음 절차에 따라 프로그래밍하거나 바이너리 "0" 값으로 설정할 수 있습니다.

  • 상승된 온전압(일반적으로 5V 이상)이 CG에 인가됩니다.
  • 이제 채널이 켜져 전자가 소스에서 드레인(NMOS 트랜지스터 가정)으로 흐를 수 있습니다.
  • 소스-드레인 전류는 고온 전자 주입이라고 불리는 과정을 통해 일부 고에너지 전자가 절연층을 통해 FG로 점프하도록 하기에 충분히 높습니다.

지우는 중

NOR 플래시 셀을 지우려면("1" 상태로 재설정") 반대 극성의 큰 전압이 CG와 소스 단자 사이에 인가되어 양자 터널링을 통해 FG에서 전자를 끌어냅니다.최신 NOR 플래시 메모리 칩은 지우기 세그먼트(일반적으로 블록 또는 섹터라고 함)로 나뉩니다.지우기 작업은 블록 단위로만 수행할 수 있습니다. 지우기 세그먼트의 모든 셀을 함께 지워야 합니다.그러나 NOR 셀의 프로그래밍은 일반적으로 한 번에 1바이트 또는 워드씩 수행할 수 있습니다.

NAND 플래시 메모리 배선 및 실리콘 구조

낸드 플래시

NAND 플래시는 또한 플로팅 게이트 트랜지스터를 사용하지만 NAND 게이트와 유사한 방식으로 연결됩니다. 여러 트랜지스터가 직렬로 연결되고 모든 워드선이 높은 곳(트랜지스터의 VT 위)에서만 비트선이 낮게 당겨집니다.그런 다음 이러한 그룹은 일부 추가 트랜지스터를 통해 단일 트랜지스터가 NOR 플래시에 연결된 것과 같은 방식으로 NOR 스타일 비트 라인 어레이에 연결됩니다.

NOR 플래시와 비교하여 단일 트랜지스터를 직렬 연결 그룹으로 대체하면 주소 지정 수준이 향상됩니다.NOR 플래시는 메모리의 주소를 페이지 단위로, NAND 플래시는 페이지 단위, 워드 단위, 비트 단위로 지정할 수 있습니다.비트 레벨 어드레싱은 한 번에 1비트만 액세스하는 비트시리얼 애플리케이션(하드디스크 에뮬레이션 등)에 적합합니다.한편, 인플레이스 실행 애플리케이션에서는 워드 내의 모든 비트에 동시에 액세스해야 합니다.이를 위해서는 워드 레벨의 어드레싱이 필요합니다.어느 경우든 NOR 또는 NAND 플래시에서는 비트 및 워드 주소 지정 모드가 모두 가능합니다.

데이터를 읽으려면 먼저 원하는 그룹을 선택합니다(NOR 어레이에서 단일 트랜지스터를 선택하는 것과 동일한 방식으로).다음으로, 대부분의 워드선은 프로그램된 비트의 V보다T 위로 끌어올리고, 그 중 하나는 지워진 비트의 V 바로T 위로 끌어올린다.선택한 비트가 프로그래밍되지 않은 경우 영상 시리즈 그룹이 비트 라인을 낮게 당깁니다.

추가 트랜지스터에도 불구하고 접지선과 비트선의 감소로 칩당 레이아웃이 더 촘촘해지고 저장 용량이 더 커집니다(접지선과 비트선은 실제로 다이어그램의 선보다 훨씬 넓습니다).또한 NAND 플래시는 일반적으로 일정 수의 결함을 포함할 수 있습니다(NOR 플래시는 BIOS ROM에 사용되는 것처럼 결함이 없을 것으로 예상됩니다).제조업체들은 트랜지스터의 크기를 줄임으로써 사용 가능한 저장 공간을 극대화하려고 합니다.

NAND 플래시 셀은 다양한 [58]전압에 대한 반응을 분석하여 읽습니다.

쓰기 및 지우기

NAND 플래시는 쓰기에 터널 주입을 사용하고 지우기에 터널 릴리스를 사용합니다.NAND 플래시 메모리는 USB 플래시 드라이브로 알려진 이동식 USB 저장 장치뿐만 아니라 오늘날 사용 가능한 대부분의 메모리 카드 형식과 솔리드 스테이트 드라이브의 핵심을 구성합니다.

NAND 플래시의 계층 구조는 문자열, 페이지, 블록, 플레인, 그리고 궁극적으로 다이(Die)를 설정하는 셀 수준에서 시작됩니다.문자열은 한 셀의 소스가 다음 셀의 드레인에 연결된 일련의 NAND 셀입니다.NAND 기술에 따라 일반적으로 32~128개의 NAND 셀로 구성됩니다.문자열은 페이지 단위로 구성되며, 각 문자열이 비트선(BL)이라고 불리는 별도의 라인에 연결되는 블록으로 구성됩니다. 문자열 내의 동일한 위치를 가진 모든 셀은 워드선(WL)에 의해 제어 게이트를 통해 연결됩니다. 평면에는 동일한 BL을 통해 연결된 특정 수의 블록이 포함됩니다.플래시 다이는 하나 이상의 플레인과 모든 읽기/쓰기/삭제 작업을 수행하는 데 필요한 주변 회로로 구성됩니다.

NAND Flash의 아키텍처는 일반적으로 4KiB에서 16KiB 사이의 페이지 단위로 데이터를 읽고 프로그래밍할 수 있지만, 여러 페이지와 MB 크기로 구성된 전체 블록 수준에서만 데이터를 삭제할 수 있음을 의미합니다.블록이 지워지면 모든 셀이 논리적으로 1로 설정됩니다.데이터는 지워진 블록의 페이지에 한 번에 프로그래밍할 수 있습니다.프로그래밍을 통해 0으로 설정된 셀은 전체 블록을 지워야 1로 재설정할 수 있습니다.즉, 데이터가 이미 포함된 페이지에 새 데이터를 프로그래밍하려면 페이지의 현재 내용과 새 데이터를 지운 새 페이지에 복사해야 합니다.적절한 페이지를 사용할 수 있는 경우 데이터를 즉시 쓸 수 있습니다.지워진 페이지를 사용할 수 없는 경우 해당 블록의 페이지에 데이터를 복사하기 전에 블록을 삭제해야 합니다.오래된 페이지는 무효로 표시되어 삭제 및 [71]재사용할 수 있습니다.

수직 NAND

3D 낸드는 2D를 넘어 계속 확장됩니다.

수직 낸드(V-낸드) 또는 3D 낸드 메모리는 메모리 셀을 수직으로 적층하고 차지 트랩 플래시 아키텍처를 사용합니다.수직 레이어는 작은 개별 [72]셀을 필요로 하지 않고 더 큰 면적 비트 밀도를 허용합니다.또, 키오샤 주식회사(옛 도시바 메모리 주식회사)의 상표인 BiCS Flash로 판매되고 있습니다.3D 낸드는 도시바가 2007년 [43]처음 발표했다.V낸드는 2013년 [44][45][73][74]삼성전자가 상용화했다.

구조.

V-NAND는 내장 실리콘 질화막에 전하를 저장하는 전하 트랩 플래시 지오메트리(2002년 AMD와 [42]후지쯔가 상용 도입)를 사용합니다.이러한 필름은 점 결함에 대해 더욱 견고하며 더 많은 수의 전자를 고정하기 위해 두껍게 만들 수 있습니다.V-NAND는 평면 전하 트랩 셀을 원통형으로 [72]감싼다.2020년 현재 마이크론과 인텔의 3D 낸드플래시는 플로팅게이트를 사용하고 있지만 마이크론 128층 이상 3D 낸드메모리는 마이크론과 인텔의 파트너십 해체로 기존 충전 트랩 구조를 채택하고 있다.충전 트랩 3D 낸드플래시는 플로팅 게이트 3D 낸드보다 얇다.플로팅 게이트 3D NAND는 메모리 셀끼리 완전히 분리되어 있는 반면 차지 트랩 3D NAND는 메모리 셀의 수직군이 동일한 질화규소 물질을 [75]공유한다.

개별 메모리 셀은 복수의 동심원 수직 실린더에 의해 충전된 구멍을 포함한 하나의 평면 폴리실리콘 층으로 구성된다.홀의 폴리실리콘 표면이 게이트 전극 역할을 합니다.가장 바깥쪽에 있는 이산화실리콘 실린더는 게이트 유전체 역할을 하며 전하를 저장하는 질화실리콘 실린더를 감싸고,[72] 전도 채널 역할을 하는 전도성 폴리실리콘의 중심 로드를 감싸는 터널 유전체로 이산화실리콘 실린더를 감싸고 있습니다.

전하가 질화실리콘 기억매체를 통해 수직으로 이동할 수 없고 게이트와 관련된 전계가 각 층 내에 밀접하게 갇히기 때문에 서로 다른 수직층의 메모리 셀은 서로 간섭하지 않는다.수직 컬렉션은 기존의 NAND 플래시 메모리가 [72]구성된 직렬 연결 그룹과 전기적으로 동일합니다.

건설

V-낸드 셀 그룹의 성장은 전도성(도프된) 폴리실리콘 층과 절연성 이산화규소 [72]층의 번갈아 스택에서 시작됩니다.

다음 단계는 이러한 층에 원통형 구멍을 만드는 것입니다.실제로 메모리 셀이 24층 있는 128 Gibit V-낸드 칩에는 약 29억 개의 구멍이 필요합니다.다음으로, 구멍의 내부 표면에는 여러 개의 코팅이 있는데, 첫 번째 이산화규소, 그 다음 질화규소, 두 번째 이산화규소 층이 있습니다.마지막으로 도전성(도프된)[72] 폴리실리콘으로 구멍을 메운다.

성능

2013년 현재 V-낸드 플래시 아키텍처는 기존 NAND보다 읽기 및 쓰기 작업이 2배 더 빠르고 최대 10배 더 오래 지속되며 소비 전력은 50% 더 적습니다.10-nm 리소그래피를 사용하여 동등한 물리적 비트 밀도를 제공하지만 V-낸드가 최대 수백 개의 [72]레이어를 사용할 경우 비트 밀도를 최대 2단계까지 높일 수 있습니다.2020년 현재 160단 V낸드 칩은 [76]삼성이 개발 중이다.

비용.

수직이 아닌 sidewall로부터의 3D NAND의 최소 비트 비용.위쪽 개구부는 층이 많아짐에 따라 넓어지며 비트 밀도의 증가를 상쇄합니다.

3D NAND의 웨이퍼 비용은 축소(32nm 이하) 평면 NAND 플래시와 [77]비슷합니다.그러나 평면 낸드 스케일링이 16nm에서 멈추면 16층부터 3D 낸드까지 비트당 비용 절감이 가능하다.그러나 층을 통해 식각된 구멍의 비수직 사이드월 때문에 약간의 편차가 있어도 특정 층수에 대한 최소 비트 비용, 즉 최소 등가 설계 규칙(또는 최대 밀도)으로 이어집니다.이 최소 비트 비용 레이어 수는 홀 [78]직경이 작을수록 감소합니다.

제한 사항

블록 삭제

플래시 메모리의 한 가지 제한은 한 번에 한 블록만 지울 수 있다는 것입니다.이것은 일반적으로 블록의 모든 비트를 1로 설정합니다.새로 지워진 블록부터 시작하여 해당 블록 내의 모든 위치를 프로그래밍할 수 있습니다.단, 비트를 0으로 설정한 후에는 블록 전체를 지우는 것만으로 다시 1로 변경할 수 있습니다.즉, 플래시 메모리(특히 NOR 플래시)는 랜덤액세스 읽기 및 프로그래밍 조작을 제공하지만 임의의 랜덤액세스 개서 또는 삭제 조작은 제공하지 않습니다.단, 새로운 값의 0비트가 덮어쓰기 값의 슈퍼셋인 한 로케이션을 다시 작성할 수 있습니다.예를 들어 니블 값을 1111로 지운 다음 1110으로 쓸 수 있습니다.해당 니블에 연속적인 쓰기는 1010, 0010, 마지막으로 0000으로 변경할 수 있습니다.기본적으로 소거에서는 모든 비트가 1로 설정되며 프로그래밍에서는 0으로 [79]비트를 클리어할 수 있습니다.Yaffs1 등 플래시 디바이스용으로 설계된 일부 파일시스템에서는 섹터 메타데이터를 나타내기 위해 이 개서 기능을 사용합니다.YAFS2와 같은 다른 플래시 파일 시스템은 이 "다시 쓰기" 기능을 사용하지 않습니다. "한 번 쓰기 규칙"을 충족하기 위해 많은 추가 작업을 수행합니다.

플래시 메모리의 데이터 구조를 완전히 일반적인 방법으로 업데이트할 수는 없지만, 이를 통해 구성원을 무효로 표시하여 "삭제"할 수 있습니다.이 기술은 1개의 메모리 셀이 2비트 이상을 유지하는 멀티 레벨 셀 디바이스용으로 수정해야 할 수 있습니다.

USB 플래시 드라이브나 메모리 카드등의 일반적인 플래시 디바이스에서는, 블록 레벨의 인터페이스, 즉 Flash Translation Layer(FTL; 플래시 변환 레이어)만이 준비되어 있습니다.이 인터페이스는 디바이스를 웨어 레벨로 하기 위해 매번 다른 셀에 쓰입니다.이렇게 하면 블록 내에서 증분 쓰기를 방지할 수 있지만, 집약적인 쓰기 패턴으로 인해 디바이스가 너무 오래 마모되는 것은 방지할 수 있습니다.

데이터 보유

45nm NOR 플래시 메모리의 온도 변화에 따른 데이터 보유 예

플래시 셀에 저장된 전자 디패핑 데이터는 절대 온도가 상승함에 따라 손실률이 기하급수적으로 증가함에 따라 지속적으로 손실됩니다. 45nm NOR 플래시의 경우 1000시간 동안 25도에서의 임계값 전압(Vt) 손실은 90도에서의 [80]손실의 약 절반입니다.

메모리 마모

또 다른 제한사항은 플래시 메모리의 소거 사이클(일반적으로 P/E 사이클로 작성됨)이 유한하다는 것입니다.시판되는 대부분의 플래시 제품은 마모로 [81]인해 스토리지의 무결성이 저하되기 전에 약 100,000회의 P/E 사이클을 견딜 수 있습니다.Micron Technology와 Sun Microsystems는 2008년 [82]12월 17일 1,000,000 P/E 사이클의 SLC NAND 플래시 메모리 칩을 발표했습니다.산업용 SSD의 P/E 사이클이 길수록 내구성이 뛰어나며 산업용 SSD의 신뢰성이 높아집니다.

보장 사이클 카운트는 블록 0(TSOP NAND 장치의 경우) 또는 모든 블록(NOR의 경우)에만 적용될 수 있습니다.일부 칩 펌웨어 또는 파일 시스템 드라이버에서는 섹터 간에 쓰기 작업을 분산시키기 위해 쓰기를 카운트하고 블록을 동적으로 재매핑함으로써 이 효과가 완화됩니다. 이 기술을 웨어 레벨링이라고 합니다.또 다른 접근법은 쓰기 검증과 쓰기 실패 시 스페어 섹터에 대한 재매핑을 수행하는 것입니다.이것은 BBM(Bad Block Management)이라고 불리는 기술입니다.휴대용 소비자 장치의 경우 이러한 마모 관리 기술은 일반적으로 장치 자체의 수명을 넘어 플래시 메모리의 수명을 연장하며, 이러한 애플리케이션에서는 일부 데이터 손실이 허용될 수 있습니다.그러나 안정성 높은 데이터 스토리지의 경우 많은 프로그래밍 주기를 거쳐야 하는 플래시 메모리를 사용하는 것은 권장되지 않습니다.신 클라이언트나 라우터등의 「읽기 전용」애플리케이션에서는, 라이프 타임중에 1회 또는 최대 몇회만 프로그래밍 되는 경우는, 이 제한은 의미가 없습니다.

2012년 12월, 마크롱ix의 대만 엔지니어들은 2012 IEEE 국제 전자 소자 회의에서 플래시 칩에 "해소할 수 있는 온보드 히터"를 사용하는 "셀프 힐링" 프로세스를 사용하여 NAND 플래시 스토리지의 읽기/쓰기 주기를 10,000에서 1억 사이클로 개선할 수 있는 방법을 알아냈다고 발표했습니다.기억 세포의 [83]작은 그룹입니다."내장된 열 어닐링은 통상적인 소거 사이클을 로컬 고온 프로세스로 대체하여 저장된 전하를 소거할 뿐만 아니라 칩 내의 전자에 의한 응력을 복구하여 최소 1억 [84]개의 쓰기 사이클을 제공합니다.그 결과 이론적으로 고장나더라도 몇 번이고 지우고 다시 쓸 수 있는 칩이 되었습니다.그러나, 마크롱ix의 돌파구가 모바일 산업에는 유망했지만, [85]가까운 장래에 이 기능을 갖춘 상용 제품이 출시될 계획은 없었다.

읽기 방해

NAND 플래시 메모리를 읽기 위해 사용되는 방법은 동일한 메모리 블록 내의 가까운 셀을 시간에 따라 변화시킵니다(프로그래밍됩니다).이를 읽기 방해라고 합니다.임계값 읽기 수는 일반적으로 개입된 지우기 작업 사이의 수십만 읽기 수입니다.하나의 셀에서 계속 읽으면 해당 셀은 실패하지 않고 후속 읽기에서 주변 셀 중 하나가 됩니다.읽기 방해 문제를 방지하기 위해 플래시 컨트롤러는 일반적으로 마지막 지우기 이후 블록에 대한 총 읽기 수를 카운트합니다.카운트가 목표 제한을 초과하면 영향을 받는 블록이 새 블록으로 복사되고 지워진 다음 블록 풀로 해제됩니다.원래 블록은 소거 후 새 블록과 동일합니다.그러나 플래시 컨트롤러가 시간 내에 개입하지 않으면 읽기 방해 오류가 발생하고 오류가 너무 많아 오류 수정 [86][87][88]코드를 사용하여 수정할 수 없는 경우 데이터가 손실될 수 있습니다.

X선 효과

대부분의 플래시 IC는 BGA(Ball Grid Array) 패키지로 제공되며, 그렇지 않은 IC도 PCB에 다른 BGA 패키지 옆에 마운트되는 경우가 많습니다.PCB 어셈블리 후 BGA 패키지가 장착된 보드는 종종 X-ray를 통해 볼이 적절한 패드에 올바르게 연결되어 있는지, 또는 BGA의 재작업이 필요한지 여부를 확인합니다.이러한 X선은 플래시 칩의 프로그래밍된 비트를 지울 수 있습니다(프로그램된 "0" 비트를 지워진 "1" 비트로 변환).지워진 비트("1" 비트")는 X선의 [89][90]영향을 받지 않습니다.

일부 제조업체는 현재 X선 프루프[91] SD 및 USB[92] 메모리 장치를 만들고 있습니다.

저레벨 액세스

플래시 메모리칩에 대한 로우 레벨인터페이스는 DRAM, ROM, EEPROM 등의 다른 메모리유형의 인터페이스와는 다릅니다.이러한 인터페이스는 비트 변경성(0에서1 및 1에서0) 및 외부에서 액세스 가능한 주소 버스를 통한 랜덤액세스를 서포트합니다.

NOR 메모리에는 읽기 및 프로그래밍을 위한 외부 주소 버스가 있습니다.NOR 메모리의 경우 읽기 및 프로그래밍은 랜덤 액세스이며 잠금 해제 및 삭제는 블록 단위로 이루어집니다.NAND 메모리의 경우 읽기 및 프로그래밍은 페이지 단위이며 잠금 해제 및 삭제는 블록 단위입니다.

NOR 메모리

인텔의 NOR 플래시

NOR 플래시로부터의 판독은 주소 및 데이터 버스가 올바르게 매핑되어 있는 한 랜덤 액세스메모리로부터의 판독과 비슷합니다.따라서 대부분의 마이크로프로세서는 NOR 플래시 메모리를 XIP(Execute in place) 메모리로 사용할 수 있습니다.즉, NOR 플래시에 저장되어 있는 프로그램을 먼저 RAM에 복사할 필요 없이 NOR 플래시에서 직접 실행할 수 있습니다.NOR 플래시는 판독과 유사한 랜덤 액세스 방식으로 프로그래밍할 수 있습니다.프로그래밍은 비트를 논리 비트에서 0 비트로 변경합니다.이미 0인 비트는 변경되지 않습니다.삭제는 한 번에 한 블록씩 발생해야 하며 지워진 블록의 모든 비트를 1로 리셋합니다.일반적인 블록 사이즈는 64, 128 또는 256 KiB입니다.

불량 블록 관리는 NOR 칩의 새로운 기능입니다.불량 블록 관리를 지원하지 않는 오래된 NOR 디바이스에서는 메모리칩을 제어하는 소프트웨어 또는 디바이스 드라이버가 마모된 블록을 수정해야 합니다.수정하지 않으면 디바이스의 신뢰성 있는 동작이 정지됩니다.

NOR 메모리의 잠금, 잠금 해제, 프로그래밍 또는 지우기에 사용되는 특정 명령은 제조업체마다 다릅니다.작성된 모든 디바이스에 대해 고유한 드라이버소프트웨어가 필요하지 않도록 특별한 Common Flash Memory Interface(CFI; 공통 플래시 메모리인터페이스) 명령어를 사용하면 디바이스 자체와 중요한 동작 파라미터를 식별할 수 있습니다.

NOR 플래시는 랜덤 액세스 ROM으로 사용할 뿐만 아니라 랜덤 액세스 프로그래밍을 이용하여 스토리지 디바이스로도 사용할 수 있습니다.일부 디바이스는 백그라운드에서 프로그램 또는 지우기 작업이 발생하는 동안에도 코드가 계속 실행되도록 쓰기 중 읽기 기능을 제공합니다.순차적 데이터 쓰기의 경우, NOR 플래시 칩은 NAND 플래시와 비교하여 일반적으로 쓰기 속도가 느립니다.

일반적인 NOR 플래시는 오류 수정 코드가 [93]필요하지 않습니다.

낸드 메모리

낸드플래시 아키텍처는 1989년 [94]도시바가 도입했다.이러한 메모리는 하드 디스크와 같은 블록 디바이스와 매우 유사합니다.각 블록은 여러 페이지로 구성됩니다.일반적으로 페이지 크기는 [95]512바이트, 2,048바이트 또는 4,096바이트입니다.각 페이지에는 Error Correcting Code(ECC; 오류 정정 코드) 체크섬 저장에 사용할 수 있는 몇 바이트(일반적으로 데이터 크기의 1/32)가 있습니다.

일반적인 블록 크기는 다음과 같습니다.

  • 블록 크기 16KiB에 대해 각각 512+16바이트 32페이지
  • 블록 크기가 128KiB일[96] 경우 각각 2,048+64바이트 64페이지
  • 블록 크기 256KiB의[97] 경우 각각 4,096+128바이트 64페이지
  • 블록 사이즈가 512KiB일 경우 각각 4,096+128바이트 128페이지

읽기 및 프로그래밍은 페이지 단위로 수행되지만 삭제는 블록 [98]단위로만 수행될 수 있습니다.

또한 NAND 디바이스는 디바이스 드라이버 소프트웨어 또는 별도의 컨트롤러 칩에 의한 불량 블록 관리가 필요합니다.예를 들어, SD 카드에는 컨트롤러 회로가 포함되어 있어 불량 블록 관리 및 마모 레벨링을 수행할 수 있습니다.논리 블록은 고급 소프트웨어로 액세스하면 디바이스 드라이버 또는 컨트롤러에 의해 물리 블록에 매핑됩니다.플래시 칩 상의 다수의 블록을 맵핑테이블을 저장하여 불량 블록을 처리하거나 시스템은 기동 시에 각 블록을 체크하여 RAM에 불량 블록 맵을 작성할 수 있습니다.불량으로 표시된 블록이 많을수록 전체 메모리 용량이 점차 줄어듭니다.

NAND는 ECC에 의존하여 일반 디바이스 동작 중에 자발적으로 장애가 발생할 수 있는 비트를 보상합니다.일반적인 ECC는 22비트의 ECC를 사용하여 각 2048비트(256바이트)의 1비트 오류를 수정하거나 24비트의 [99]ECC를 사용하여 각 4096비트(512바이트)의 1비트 오류를 수정합니다.ECC가 읽기 중에 오류를 수정할 수 없는 경우에도 오류를 검출할 수 있습니다.지우기 또는 프로그램 작업을 수행할 때 장치는 프로그래밍 또는 지우기에 실패한 블록을 감지하여 불량으로 표시할 수 있습니다.그런 다음 데이터가 다른 정상 블록에 기록되고 불량 블록 맵이 업데이트됩니다.

해밍 코드는 SLC NAND 플래시에 가장 일반적으로 사용되는 ECC입니다.Reed-Solomon 코드 및 BCH 코드(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem 코드)는 MLC NAND 플래시에서 일반적으로 ECC로 사용됩니다.일부 MLC NAND 플래시 칩은 적절한 BCH 오류 수정 [93]코드를 내부적으로 생성합니다.

대부분의 NAND 장치는 불량 블록과 함께 공장에서 출고됩니다.이것들은 일반적으로 지정된 불량 블록 마킹 전략에 따라 마킹됩니다.불량 블록을 허용함으로써 제조업체는 모든 블록이 양호한지 검증해야 하는 경우보다 훨씬 높은 수율을 달성할 수 있습니다.따라서 NAND 플래시 비용이 크게 절감되고 부품의 저장 용량은 약간만 감소합니다.

NAND 메모리에서 소프트웨어를 실행할 때는 가상 메모리 전략이 자주 사용됩니다.메모리 내용은 먼저 페이징 또는 메모리 매핑된 RAM에 복사하여 그곳에서 실행해야 합니다(NAND + RAM의 일반적인 조합으로 이어집니다).시스템의 메모리 관리 유닛(MMU)은 도움이 되지만 오버레이를 사용하여 실행할 수도 있습니다.이러한 이유로 일부 시스템에서는 NOR 메모리와 NAND 메모리의 조합을 사용합니다.여기서 작은 NOR 메모리는 소프트웨어 ROM으로 사용되고 큰 NAND 메모리는 파일 시스템으로 분할되어 비휘발성 데이터 저장 영역으로 사용됩니다.

NAND는 NOR의 랜덤 액세스 및 execute-in-place 장점을 희생합니다.NAND는 대용량 데이터 스토리지를 필요로 하는 시스템에 가장 적합합니다.더 높은 밀도, 더 큰 용량, 더 낮은 비용을 제공합니다.삭제, 순차 쓰기 및 순차 읽기 속도가 빨라집니다.

표준화

Open NAND Flash Interface Working Group(ONFI)이라는 그룹은 NAND 플래시 칩을 위한 표준화된 로우 레벨 인터페이스를 개발했습니다.이를 통해 서로 다른 공급업체의 적합 NAND 장치 간의 상호 운용성을 확보할 수 있습니다.ONFI 사양 버전 1.0은[100] 2006년 12월 28일에 출시되었습니다.다음과 같이 지정합니다.

  • TSOP-48, WSOP-48, LGA-52 및 BGA-63 패키지의 NAND 플래시용 표준 물리 인터페이스(핀 할당)
  • NAND 플래시 칩 읽기, 쓰기 및 삭제를 위한 표준 명령 집합
  • 자기식별 메커니즘(SDRAM 메모리모듈의 시리얼 존재 검출 기능과 동등)

ONFI 그룹은 하이닉스, 인텔, 마이크론 테크놀로지, 누모닉스 등 주요 낸드플래시 제조업체와 낸드플래시 [101]칩을 내장한 주요 기기 제조업체들의 지원을 받고 있다.

두 개의 주요 플래시 장치 제조업체인 도시바와 삼성은 토글 모드(현재는 토글 V2.0)로 알려진 자체 디자인의 인터페이스를 사용하기로 결정했습니다.이 인터페이스는 ONFI 사양과 핀 투 핀으로 호환되지 않습니다.그 결과, 한 벤더의 디바이스용으로 설계된 제품이 다른 벤더의 [102]디바이스를 사용할 수 없게 되는 경우가 있습니다.

인텔, 델, Microsoft 등의 벤더 그룹이 NVMHCI(Non-Volatile Memory Host Controller Interface) 워킹 [103]그룹을 결성했습니다.이 그룹의 목표는 PCI Express 버스에 연결된 "플래시 캐시" 장치를 포함하여 비휘발성 메모리 서브시스템에 표준 소프트웨어 및 하드웨어 프로그래밍 인터페이스를 제공하는 것입니다.

NOR과 NAND 플래시의 차이점

NOR와 NAND 플래시는 두 가지 중요한 면에서 다릅니다.

  • 개별 메모리 셀의 연결은 다릅니다.[citation needed]
  • 메모리의 판독과 쓰기에 제공되는 인터페이스가 다릅니다.NOR는 랜덤 액세스를 허용하는 반면 NAND는 페이지 [104]액세스만 허용합니다.

NOR와 NAND 플래시는 메모리 [citation needed]셀 간의 상호 연결 구조에서 이름을 따왔습니다.NOR 플래시에서는 셀이 비트선에 병렬로 연결되어 셀을 개별적으로 읽고 프로그래밍할 수 있습니다.셀의 병렬 연결은 CMOS NOR 게이트의 트랜지스터 병렬 연결과 유사합니다.NAND 플래시에서는 셀이 CMOS NAND 게이트와 유사하게 직렬로 연결됩니다.직렬 연결은 병렬 연결보다 공간을 덜 차지하여 NAND 플래시 비용을 절감합니다.NAND 셀이 개별적으로 [citation needed]읽혀지고 프로그래밍되는 것을 그 자체로 막지는 않습니다.

각 NOR 플래시 셀은 NAND 플래시 셀보다 크기가 큽니다(10F2 대2 4F). 각 트랜지스터, 접점 등은 정확히 동일한 크기입니다. NOR 플래시 셀은 각 [105]셀에 별도의 금속 접점이 필요하기 때문입니다.

워드라인 접점의 직렬 연결 및 제거로 인해 NAND 플래시 메모리 셀의 대규모 그리드는 동등한 NOR[106] 셀 면적의 60%만을 차지합니다(예를 들어 130nm, 90nm 또는 65nm와 같은 CMOS 프로세스 해상도를 가정).NAND 플래시의 설계자들은 외부 주소와 데이터 버스 회로를 제거함으로써 NAND 칩의 면적과 비용을 더욱 줄일 수 있다는 것을 깨달았습니다.대신, 외부 장치는 순차적으로 액세스되는 명령 및 데이터 레지스터를 통해 NAND 플래시와 통신할 수 있으며, 이는 내부적으로 필요한 데이터를 검색하고 출력합니다.이 설계 선택은 낸드플래시 메모리의 랜덤 액세스를 불가능하게 만들었지만 낸드플래시의 목표는 ROM을 대체하는 것이 아니라 기계식 하드디스크를 교체하는 것이었다.

기여하다 낸드 도 아니다
메인 어플리케이션 파일 저장소 코드 실행
스토리지 용량 높은 낮다
비트당 비용 낮다
액티브 파워 낮다
스탠바이 전원 낮다
쓰기 속도 빠른
읽기 속도 빠른
XIP(Execute in place) 아니요. 네.
신뢰성. 높은

쓰기 내구성

SLC 플로팅 게이트 NOR 플래시의 쓰기 내구성은 일반적으로 NAND 플래시와 같거나 더 큰 반면, MLC NOR와 NAND 플래시는 유사한 내구성을 가집니다.NAND 및 NOR 플래시의 데이터 시트와 플래시 메모리를 사용하는 스토리지 장치에 나열된 내구성 주기 등급의 예가 제공됩니다.[107]

플래시 메모리의 종류 내구성 등급(블록당 삭제) 플래시 메모리 또는 스토리지 디바이스의 예
SLC 낸드 100,000 삼성 OneNAND KFW4G16Q2M, 도시바 SLC NAND 플래시 칩,[108][109][110][111][112] Transcend SD500, 후지쯔 S26361-F3298
MLC 낸드 중용량 어플리케이션의 경우 5,000~10,000
1,000~3,000 (대용량 애플리케이션용[113])		 Samsung K9G8G08U0M(중용량 애플리케이션 예), Memblaze 4, [114]ADATA SU900, Mushkin Reactor
TLC 낸드 1,000 삼성 SSD 840
QLC NAND ? SanDisk X4 NAND 플래시 SD[115][116][117][118] 카드
3D SLC NAND 100,000 삼성 Z낸드
3D MLC NAND 6,000 ~ 40,000 삼성 SSD 850 PRO, 삼성 SSD 845DC PRO,[120][121] 삼성 860 PRO
3D TLC NAND 1,000~3,000 삼성 SSD 850 EVO, 삼성 SSD 845DC EVO, Critical[122][123][124] MX300† Memblaze PBlaze5 900, Memblaze PBlaze5 700, Memblaze5 910/916, Memblaze510/516,[125][126][127][128] ADATA SX8200 PRO도 판매 중 (G 미만)
3D QLC NAND 100 ~ 1,000 삼성 SSD 860 QVO SATA, 인텔 SSD 660p, 삼성 SSD 980 QVO NVMe, Micron 5210 ION, 삼성 SSD BM991 NVMe[129][130][131][132][133][134][135][136]
3D PLC NAND 알 수 없는 SK하이닉스(옛 인텔)[137]와 키오샤(옛 도시바 메모리)[113]가 개발 중이다.
SLC(플로팅 게이트) NOR 100,000 ~ 100,000 Numonyx M58BW(블록당 100,000 소거 내구성 등급)
스팬션 S29CD016J(블록당 1,000,000 소거 내구성 등급)
MLC(플로팅 게이트) NOR 100,000 Numonyx J3 플래시

그러나 마모 레벨링 및 메모리 오버 프로비저닝과 같은 특정 알고리즘과 설계 패러다임을 적용함으로써 스토리지 시스템의 내구성을 특정 [138]요구사항에 맞게 조정할 수 있습니다.

NAND 플래시의 수명을 계산하려면 메모리 칩의 크기, 메모리 유형(예: SLC/MLC/TLC) 및 사용 패턴을 고려해야 합니다.산업용 NAND는 용량, 더 긴 내구성 및 민감한 환경에서의 신뢰성 때문에 수요가 많습니다.

층이 추가되면 [119]3D 낸드 성능이 저하될 수 있습니다.

플래시 파일 시스템

주요 기사:플래시 파일 시스템

플래시 메모리는 특정 특성 때문에 마모 레벨링 및 오류 수정을 수행하는 컨트롤러 또는 미디어에 쓰기를 분산하고 NOR 플래시 블록의 긴 지우기 시간을 처리하는 특별히 설계된 플래시 파일 시스템과 함께 사용하는 것이 가장 좋습니다.플래시 파일시스템의 기본 개념은 다음과 같습니다.플래시 스토어를 업데이트하면 파일시스템은 변경된 데이터의 새 복사본을 새 블록에 쓰고 파일 포인터를 다시 매핑한 후 시간이 나면 오래된 블록을 지웁니다.

실제로 플래시 파일 시스템은 컨트롤러가 없는 내장 플래시 메모리인 MTD(Memory Technology Device)에만 사용됩니다.이동식 플래시 메모리 카드, SSD, eMMC/eUFS 칩 및 USB 플래시 드라이브에는 마모 레벨링 및 오류 수정을 수행하는 내장 컨트롤러가 있으므로 특정 플래시 파일 시스템을 사용해도 아무런 이점이 없습니다.

용량.

멀티미디어 플레이어나 GPS와 같은 가전제품에서 사용하기[139] 위해 여러 개의 칩을 배열하거나 다이 적층하는 경우가 많습니다.플래시 칩의 용량 확장(증가)은 동일한 집적회로 기술과 장비를 사용하여 제조되기 때문에 Moore의 법칙을 따르곤 했습니다.3D NAND가 도입된 이후 크기가 더 작은 트랜지스터(셀)가 더 이상 사용되지 않기 때문에 스케일링은 더 이상 무어의 법칙과 관련이 없습니다.

소비자용 플래시 스토리지 장치는 일반적으로 2의 작은 정수 전력(2, 4, 8 등)과 512 MB, 8 GB 등 메가바이트(MB) 또는 기가바이트(GB)로 표시된 사용 가능한 크기로 광고됩니다.여기에는 십진수 [140]접두사를 사용하는 기존 하드 드라이브에 따라 하드 드라이브 대체품으로 시판되는 SSD도 포함됩니다.따라서 "64GB"로 표시된 SSD는 최소 64 × 1000바이트3(64GB)입니다.대부분의 사용자는 파일 시스템 메타데이터가 차지하는 공간 때문에 파일에 사용할 수 있는 용량보다 약간 더 적습니다.

내장 플래시 메모리칩의 사이즈는 엄밀한 바이너리 배수로 되어 있습니다만, 실제의 총용량은 드라이브 인터페이스에서는 사용할 수 없습니다.기입(웨어 레벨링), 스페어, 에러 정정 코드, 및 디바이스의 내장 펌 웨어에 필요한 그 외의 메타데이터의 배포를 가능하게 하기 위해서, 광고되고 있는 용량보다 훨씬 크다.

2005년 도시바와 샌디스크는 셀당 2비트의 데이터를 저장할 수 있는 멀티레벨셀(MLC) 기술을 이용해 1GB의 데이터를 저장할 수 있는 낸드플래시 칩을 개발했다.2005년 9월 삼성전자는 세계 최초로 2GB [141]칩을 개발했다고 발표했다.

2006년 3월 삼성은 4GB 용량의 플래시 하드 드라이브를 발표했는데, 이는 기본적으로 소형 노트북 하드 드라이브와 동일한 크기이며, 2006년 9월에는 40nm 제조 [142]공정을 사용하여 생산된 8GB 칩을 발표하였습니다.2008년 1월, SanDisk는 16 GB MicroSDHC 및 32 GB SDHC Plus 카드를 [143][144]입수할 수 있다고 발표했습니다.

최신 플래시 드라이브(2012년 기준)의 용량은 [145]64, 128 및 256GB로 훨씬 더 큽니다.

인텔과 마이크론의 공동 개발로 32단 3.5테라바이트(TB[clarification needed]) NAND 플래시 스틱과 10TB 표준 크기 SSD를 생산할 수 있게 되었습니다.이 장치에는 플로팅 게이트 셀 [146]설계를 사용하여 16 × 48 GB TLC 다이 5개의 패키지가 포함되어 있습니다.

플래시 칩은 1MB 이하(BIOS-ROM 및 임베디드 기기용 등)의 용량으로 제조되고 있습니다.

삼성은 2016년 7월 256기가비트 48단 TLC 3D V낸드를 [147]활용한 4TB[clarification needed] 삼성 850 EVO를 발표했다.2016년 8월, 삼성은 512기가비트 64층 TLC 3D V-낸드를 기반으로 한 32TB 2.5인치 SAS SSD를 발표했습니다.또한 삼성은 [148]2020년까지 최대 100TB의 저장 공간을 갖춘 SSD를 공개할 예정입니다.

전송 레이트

플래시 메모리 디바이스는 일반적으로 [149]쓰기보다 읽기 속도가 훨씬 빠릅니다.성능도 스토리지 컨트롤러의 품질에 따라 달라집니다.이 품질은 디바이스가 부분적으로 [vague][149]가득 차면 더욱 중요해집니다.제조 시 변경사항이 다이수축뿐인 경우에도 적절한 컨트롤러가 [150]없으면 속도가 저하될 수 있습니다.

적용들

시리얼 플래시

시리얼 플래시: Silicon Storage Tech SST25VF080B

시리얼 플래시는 데이터에 대한 시리얼 액세스만 제공하는 소형 저전력 플래시 메모리입니다.사용자는 개별 바이트를 처리하는 것이 아니라 주소 공간에서 연속적으로 바이트 그룹을 읽거나 씁니다.시리얼 페리페럴인터페이스 버스(SPI)는 디바이스에 액세스하기 위한 일반적인 프로토콜입니다.임베디드 시스템에 내장되어 있는 경우 시리얼 플래시는 데이터를 한 번에 1비트씩 송수신하기 때문에 병렬 플래시 메모리보다 PCB에 필요한 와이어 수가 적습니다.이를 통해 보드 공간, 전력 소비 및 총 시스템 비용을 절감할 수 있습니다.

병렬 장치보다 외부 핀 수가 적은 시리얼 장치가 전체 비용을 크게 절감할 수 있는 이유는 다음과 같습니다.

  • 많은 ASIC는 패드 제한이 있기 때문에 디바이스 로직에 사용되는 복잡성과 게이트 수가 아니라 와이어 본드 패드의 수에 따라 다이의 크기가 제한됩니다.따라서 본드 패드를 제거함으로써 소형 다이에 보다 콤팩트한 집적회로를 구현할 수 있습니다.이것에 의해, 웨이퍼로 제조할 수 있는 다이의 수가 증가해, 다이의 코스트를 삭감할 수 있습니다.
  • 외부 핀의 수를 줄이면 조립 및 포장 비용도 절감됩니다.시리얼 디바이스는 병렬 디바이스보다 작고 간단한 패키지로 패키지할 수 있다.
  • 핀 카운트가 작은 패키지는 PCB 영역을 적게 차지합니다.
  • 핀 카운트가 낮은 디바이스는 PCB 루팅을 단순화합니다.

SPI 플래시 유형은 크게 두 가지가 있습니다.첫 번째 유형은 작은 페이지와1개 이상의 내부 SRAM 페이지버퍼가 특징입니다.이것에 의해, 완전한 페이지를 버퍼에 읽어, 부분적으로 변경해, 기입할 수 있습니다(Atmel AT45 DataFlash 나 Micron Technology Page Erase NOR Flash 등).두 번째 유형은 일반적으로 이 유형의 SPI 플래시에서 볼 수 있는 최소 섹터가 4kB인 더 큰 섹터가 있지만, 최대 64kB까지 커질 수 있습니다.이런 유형의 SPI 플래시에는 내부 SRAM 버퍼가 없기 때문에 페이지 전체를 읽고 수정한 후 다시 써야 하기 때문에 관리가 느립니다.단, 두 번째 유형은 첫 번째 유형보다 저렴하기 때문에 애플리케이션이 코드 섀도우링일 때는 좋은 선택입니다.

두 유형은 핀 배치가 동일하지 않고 명령어세트가 호환되지 않기 때문에 쉽게 교환할 수 없습니다.

대부분의 FPGA는 SRAM 컨피규레이션셀을 기반으로 하며 전원을 [151]켤 때마다 컨피규레이션비트스트림을 새로고침하기 위해 외부 컨피규레이션디바이스(대부분 시리얼플래시 칩)가 필요합니다.

펌웨어 스토리지

최신 CPU의 속도가 증가함에 따라 병렬 플래시 장치는 연결된 컴퓨터의 메모리 버스보다 훨씬 느립니다.반대로 최신 SRAM은 10ns 미만의 액세스 시간을 제공하는 반면 DDR2 SDRAM은 20ns 미만의 액세스 시간을 제공합니다.따라서 플래시에 저장된 코드를 RAM에 섀도하는 것이 좋습니다.즉, CPU가 최대 속도로 액세스할 수 있도록 코드를 플래시에서 RAM으로 복사하는 것입니다.디바이스 펌웨어는 시리얼 플래시 칩에 저장되며 디바이스 전원이 [152]켜지면 SDRAM 또는 SRAM에 복사할 수 있습니다.온칩 플래시가 아닌 외부 시리얼 플래시 디바이스를 사용하면 프로세스를 크게 타협할 필요가 없습니다(고속 로직에 적합한 제조 프로세스는 일반적으로 플래시에 적합하지 않습니다).펌웨어를 하나의 큰 블록으로 읽기로 결정되면 압축 기능을 추가하여 작은 플래시 칩을 사용하는 것이 일반적입니다.시리얼 플래시의 일반적인 어플리케이션에는 하드 드라이브, 이더넷네트워크 인터페이스 어댑터, DSL 모뎀 등의 펌웨어 저장 기능이 있습니다.

하드 드라이브 대체용 플래시 메모리

주요 기사:솔리드 스테이트 드라이브
인텔 mSATA SSD

플래시 메모리의 또 다른 최신 애플리케이션은 하드 디스크를 대체하는 것입니다.플래시 메모리는 하드 드라이브의 기계적 한계와 지연 시간이 없기 때문에 속도, 노이즈, 전력 소비 및 신뢰성을 고려할 때 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)가 매력적입니다.플래시 드라이브는 모바일 장치의 보조 스토리지 장치로 각광받고 있습니다. 또한 고성능 데스크톱 컴퓨터 및 RAID 및 SAN 아키텍처를 사용하는 일부 서버에서 하드 드라이브의 대체품으로 사용됩니다.

플래시 기반 SSD에는 매력적이지 않은 몇 가지 측면이 남아 있습니다.플래시 메모리의 기가바이트당 비용은 여전히 [153]하드 Disk보다 훨씬 높습니다.또한 플래시 메모리는 제한된 수의 P/E(프로그램/삭제) 사이클을 가지고 있지만 플래시 기반 SSD에 대한 보증이 현재 하드 드라이브의 [154]보증 횟수에 근접하고 있기 때문에 현재 제어되고 있는 것으로 보입니다.또한 SSD에서 삭제된 파일은 새로운 데이터로 덮어쓰기 전까지 무기한 유지될 수 있습니다. 자기 하드 디스크 드라이브에서 잘 작동하는 삭제 또는 영구 제거 기술이나 소프트웨어는 SSD에 영향을 미치지 않으며 보안 및 법의학적 검사를 손상시킵니다.그러나 대부분의 솔리드 스테이트 드라이브에서 사용되는 소위 TRIM 명령어로 인해 삭제된 파일이 차지하는 논리 블록 주소가 사용되지 않는 것으로 표시되므로 데이터 복구 소프트웨어는 이러한 명령에서 삭제된 파일을 복원할 수 없습니다.

ACID 트랜잭션이 필요한 관계형 데이터베이스 또는 기타 시스템의 경우, 적은 양의 플래시 스토리지로도 [155][156]Disk 드라이브 어레이보다 훨씬 빠른 속도를 제공할 수 있습니다.

삼성전자는 2006년 5월 플래시 메모리 기반 PC인 Q1-SSD와 Q30-SSD를 2006년 6월에 출시할 것으로 예상했으며, 이 두 제품 모두 32GB SSD를 사용했으며,[157] 적어도 처음에는 한국에서만 구입할 수 있었다.Q1-SSD 및 Q30-SSD 출시는 지연되어 2006년 [158]8월 말에 출하되었습니다.

최초의 플래시 메모리 기반 PC는 Sony Vaio UX90으로, 2006년 6월 27일에 사전 주문되어 2006년 7월 3일에 16 Gb 플래시 메모리 하드 드라이브와 [159]함께 일본에서 출하되기 시작했습니다.2006년 9월 하순, 소니는 Vaio UX90의 플래시 메모리를 32Gb로 업그레이드했습니다.[160]

2008년 첫 MacBook Air가 출시되면서 솔리드 스테이트 드라이브가 옵션으로 제공되었으며, 2010년부터는 모든 모델에 SSD가 탑재되었습니다.2011년 후반부터, 인텔의 Ultrabook 이니셔티브의 일환으로서 SSD 표준 탑재의 초박형 노트북이 증가하고 있습니다.

또한 하이브리드 드라이브 및 ReadyBoost와 같은 하이브리드 기술도 있습니다. 두 기술의 장점을 결합하기 위해 플래시를 디스크에서 자주 참조되지만 거의 수정되지 않는 파일(예: 애플리케이션 및 운영 체제 실행 파일)의 고속 비휘발성 캐시로 사용합니다.

플래시 메모리를 RAM으로 사용

2012년 현재 플래시 메모리를 메인 컴퓨터 메모리인 [161]DRAM으로 사용하려는 시도가 있다.

아카이브 또는 장기 저장

플래시 기억장치 내의 플로팅 게이트 트랜지스터는 데이터를 나타내는 전하를 유지한다.이 전하가 시간이 지남에 따라 서서히 누출되어 "비트 썩음" 또는 "비트 페이딩"[162]이라고도 하는 논리적 오류가 누적됩니다.

data 보유

플래시 메모리의 데이터가 아카이브 조건(예: 예방적 개서 유무에 관계없이 액세스 빈도가 낮은 온도의 온도와 습도)에서 얼마나 오래 보존될지는 불명확합니다.Atmel 플래시 기반 데이터 시트 "AT메가" 마이크로 컨트롤러는 일반적으로 85°C(185°F)에서 20년, 25°C(77°F)[163]에서 100년의 유지 시간을 약속합니다.

보존 기간은 플래시 스토리지의 유형과 모델에 따라 다릅니다.전원이 공급되고 아이돌 상태가 되면 데이터를 보유한 트랜지스터의 [162]충전은 플래시 스토리지의 펌웨어에 의해 정기적으로 갱신됩니다.데이터를 유지하는 기능은 펌웨어, 데이터 이중화 및 오류 수정 [164]알고리즘의 차이로 인해 플래시 스토리지 장치마다 다릅니다.

CMU에서 2015년 주의 한 기사"는 플래시 재생할 필요가 없는 오늘날 플래시 장치, 방 온도에서 1년의 전형적인 보유 연령을 설정하고 있다.".그리고 그 때 기하 급수적으로 온도가 증가하고에 따라 감소하다.현상이 아레니우스 방정식으로 모델링 할 수 있다.[165][166]

FPGA 설정

어떤 FPGA직접(프로그램 가능)는 스위치로 함께, 데이터 저장 장치에 플래시 데이터 저장 세포로 부동 게이트 트랜지스터의 같은 종류를 사용하여 내부 요소 연결하는 데 사용된다 플래시 구성 세포에 기초한다.[151]

산업

다음 항목도 참조하십시오.반도체 산업

한 소식통은 2008년 플래시 메모리 산업달러 91억 생산과 판매의 포함한다.다른 소식통달러 이상 20억 크기에 2006년, 전체 반도체 시장의 8%와 전체 반도체 메모리 시장의 34%이상을 차지하는 플래시 메모리 시장을 넣었다.[167]2012년은 주식 시장이 268억불로 추산된다.[168]그것은 최대 10주 동안 플래시 메모리 칩을 생산할 수 있을 거예요.[169]

제조원

주요 기사플래시 메모리 컨트롤러 제조 업체와 SSD제조 업체 목록 목록.

2019년의 1분기 현재 다음은 그동안 가장 큰기가바이트 낸드 플래시 메모리 제조 업체.[170]

  1. 삼성 전자 34.9%–
  2. Kioxia 18.1%–
  3. 웨스턴 디지털 공사 14%–
  4. 마이크론 테크놀로지 – 13.5%
  5. SK하이닉스 – 10.3%
  6. 인텔 – 8.7% 비고: SK하이닉스는 2021년 말에[171] 인텔의 NAND 사업부를 인수했습니다.

삼성은 2022년 [172]1분기 현재 낸드플래시 메모리 최대 제조업체로 남아 있다.

출하량

다음 항목도 참조하십시오.전자 산업 및 트랜지스터 수
플래시 메모리 출하량(est.제조 장치)
연도 디스크리트 플래시 메모리 칩 플래시 메모리 데이터 용량(기가바이트) 플로팅 게이트 MOSFET 메모리셀(억)
1992 2,600,000[173] 3개[173] 스물네[a]
1993 7300,000[173] 열일곱[173] 살 139[a]
1994 1억1200만[173] 스물다[173] 203[a]
1995 2억3500만[173] 38[173] 300개[a]
1996 3억5900만[173] 140[173] 1,190[a]
1997 477,200,000 [174]이상 317 [174]이상 2,533 [a]이상
1998 762,420,120[175] 455 [174]이상 3,642 [a]이상
1999 1,2800,000[176] 635 [174]이상 5,082 [a]이상
2000–2004 134,217,728,000 (낸드)[177] 1,073,741,824,000 (낸드)[177]
2005–2007 ?
2008 1,226,215,645 (모바일 NAND)[178]
2009 1,226,215,645+(모바일 NAND)
2010 7,280,000,000 [b]이상
2011 8,700,000[180]
2012 5,190,515,190 (표준)[181]
2013 ?
2014 ? 59,000,000[182] 1억1800만 [a]이상
2015 7,692, 307,692 (NAND)[183] 85,000,000[184] 1,700,000,000 [a]이상
2016 ? 1,000,000,000[185] 200,000,[a]000 이상
2017 ? 1억4800만[c] 296,400,000 [a]이상
2018 ? 231,140,000,000[d] 463,280,000,000 [a]이상
2019 ? ? ?
2020 ? ? ?
1992–2020 45,358,454,134 이상의 메모리 칩 758,057,729,630 기가바이트 이상 2,321,421,837,0440억 이상의 셀

플래시 메모리는 개별 플래시 메모리 칩 외에 마이크로컨트롤러(MCU) 칩과 시스템온칩(SoC)[189] 디바이스에도 내장되어 있습니다.플래시메모리는 2019년 [190]기준 전 세계 1500억대 판매된 [189]ARM칩과 2012년 [191]기준 11억대 판매된 프로그래머블시스템온칩(PSoC) 기기에 내장돼 있다.이는 2015년 현재 알려진 개별 플래시 칩 판매량 454억 개 외에 내장 플래시 메모리를 탑재한 MCU 및 SoC 칩을 합치면 최소 1,511억 개에 달하며, 플래시 메모리를 탑재한 칩은 총 1,965억 개에 달합니다.

플래시 확장성

다음 항목도 참조하십시오.반도체 스케일 예제와 무어의 법칙 목록

낸드플래시 메모리는 비교적 단순한 구조와 높은 용량 수요로 인해 전자기기 중 가장 공격적으로 확장되는 기술이다.상위 몇 개 제조업체 간의 치열한 경쟁은 플로팅 게이트 MOSFET 설계 규칙 또는 프로세스 기술 [87]노드를 축소하는 공격성을 가중시킬 뿐입니다.예상 축소 일정은 무어의 법칙 원본 버전당 3년마다 2배이지만, 최근 NAND 플래시의 경우 2년마다 2배로 빨라졌습니다.

ITRS 또는 회사 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ITRS 플래시 로드맵[192] 2011 32 nm 22 nm 20 nm 18 nm 16 nm
업데이트된 ITRS 플래시[193] 로드맵 17 nm 15 nm 14 nm
삼성[192][193][194]
(삼성 3D NAND)[193]		 35~20[30] nm 27 nm 21 nm
(MLC, TLC)		 19 ~ 16 nm
19 ~ 10 nm(MLC, TLC)[195]		 19 ~ 10 nm
V-낸드(24L)		 16~10 nm
V-낸드(32L)		 16~10 nm 12~10 nm 12~10 nm
마이크론, 인텔[192][193][194] 34~25 nm 25 nm 20 nm
(MLC + HKMG)		 20 nm
(TLC)		 16 nm 16 nm
3D 낸드		 16 nm
3D 낸드		 12 nm
3D 낸드		 12 nm
3D 낸드
도시바, WD(SanDisk)[192][193][194] 43 ~ 32 nm
24 nm(도시바)[196]		 24 nm 19 nm
(MLC, TLC)		 15 nm 15 nm
3D 낸드		 15 nm
3D 낸드		 12 nm
3D 낸드		 12 nm
3D 낸드
SK하이닉스[192][193][194] 46 ~ 35 nm 26 nm 20 nm(MLC) 16 nm 16 nm 16 nm 12 nm 12 nm

플래시 메모리 셀의 MOSFET 피처 사이즈가 15~16 nm의 최소 제한에 도달하면 플래시 밀도는 NAND 메모리 플레인의 수직 스태킹과 결합된 TLC(3비트/셀)에 의해 더욱 증가할 것입니다.기능 크기 축소에 따른 내구성 저하 및 수정 불가능한 비트 오류율 증가는 개선된 오류 수정 [197]메커니즘으로 보완할 수 있습니다.이러한 발전에도 불구하고, 전자 보유 용량이 감소함에 따라 플래시를 점점 더 작은 치수로 경제적으로 확장하는 것은 불가능할 수 있습니다.FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM 등 유망한 많은 신기술이 [198]플래시를 대체할 수 있도록 조사 및 개발 중에 있습니다.

타임라인

참고 항목: 읽기 전용 메모리 timeline타임라인, 랜덤 액세스 메모리 timeline타임라인 및 트랜지스터 수 memory메모리
도입일 칩명 메모리 패키지 용량
메가비트(Mb), 기가비트(Gb), 테라비트(Tb)		 플래시 타입 셀 타입 레이어 또는
레이어 스택		 제조원 과정 지역 참조
1984 ? ? 도 아니다 SLC 1 도시바 ? ? [19]
1985 ? 256 kb 도 아니다 SLC 1 도시바 2,000 nm ? [27]
1987 ? ? 낸드 SLC 1 도시바 ? ? [1]
1989 ? 1 Mb 도 아니다 SLC 1 Seeq, 인텔 ? ? [27]
4 Mb 낸드 SLC 1 도시바 1,000 nm
1991 ? 16 Mb 도 아니다 SLC 1 미쓰비시 600 nm ? [27]
1993 DD28F032SA 32 Mb 도 아니다 SLC 1 인텔(R) ? 280 mm² [199][200]
1994 ? 64 Mb 도 아니다 SLC 1 NEC 400 nm ? [27]
1995 ? 16 Mb 모니터 SLC 1 미쓰비시, 히타치 ? ? [27][201]
낸드 SLC 1 도시바 ? ? [202]
32 Mb 낸드 SLC 1 히타치, 삼성, 도시바 ? ? [27]
34 Mb 시리얼 SLC 1 샌디스크
1996 ? 64 Mb 낸드 SLC 1 히타치, 미쓰비시 400 nm ? [27]
QLC 1 NEC
128 Mb 낸드 SLC 1 삼성, 히타치 ?
1997 ? 32 Mb 도 아니다 SLC 1 인텔, 샤프 400 nm ? [203]
낸드 SLC 1 AMD, 후지쯔 350 nm
1999 ? 256 Mb 낸드 SLC 1 도시바 250 nm ? [27]
MLC 1 히타치 1
2000 ? 32 Mb 도 아니다 SLC 1 도시바 250 nm ? [27]
64 Mb 도 아니다 QLC 1 ST마이크로일렉트로닉스 180 nm
512 Mb 낸드 SLC 1 도시바 ? ? [204]
2001 ? 512 Mb 낸드 MLC 1 히타치 ? ? [27]
1 Gibit 낸드 MLC 1 삼성
1 도시바, 샌디스크 160 nm ? [205]
2002 ? 512 Mb NROM MLC 1 사이펀 170 nm ? [27]
2 Gb 낸드 SLC 1 삼성, 도시바 ? ? [206][207]
2003 ? 128 Mb 도 아니다 MLC 1 인텔(R) 130 nm ? [27]
1 Gb 낸드 MLC 1 히타치
2004 ? 8 Gb 낸드 SLC 1 삼성 60 nm ? [206]
2005 ? 16 Gb 낸드 SLC 1 삼성 50 nm ? [30]
2006 ? 32Gb 낸드 SLC 1 삼성 40nm
2007년 4월 THGAM 128Gb 가로 정렬- 열리는 낸드 SLC 도시바 56nm 252mm² [46]
2007년 9월 ? 128Gb 가로 정렬- 열리는 낸드 SLC 하이닉스 ? ? [47]
2008 THGBM 256Gb 가로 정렬- 열리는 낸드 SLC 도시바 43nm 353mm² [48]
2009 ? 32 Gb 낸드 TLC 도시바 32 nm 113mm² [28]
64 Gb 낸드 QLC 도시바, 샌디스크 43 nm ? [28][29]
2010 ? 64 Gb 낸드 SLC 하이닉스 20 nm ? [208]
TLC 삼성 20 nm ? [30]
THGBM2 1 Tb 스택형 NAND QLC 도시바 32 nm 374mm² [49]
2011 KLMCG8GE4a 512 Gb 스택형 NAND MLC 삼성 ? 192 mm² [209]
2013 ? ? 낸드 SLC SK하이닉스 16 nm ? [208]
128 Gb V낸드 TLC 삼성 10 nm ?
2015 ? 256 Gb V낸드 TLC 삼성 ? ? [195]
2017 eUFS 2.1 512 Gb V낸드 TLC 64개 중 8개 삼성 ? ? [52]
768 Gb V낸드 QLC 도시바 ? ? [210]
KLUFG8R1EM 4 Tb 스택 V-낸드 TLC 삼성 ? 150mm² [52]
2018 ? 1 Tb V낸드 QLC 삼성 ? ? [211]
1.33 Tb V낸드 QLC 도시바 ? 158 mm² [212][213]
2019 ? 512 Gb V낸드 QLC 삼성 ? ? [53][54]
1 Tb V낸드 TLC SK하이닉스 ? ? [214]
eUFS 2.1 1 Tb 스택 V-낸드 QLC 64개 중 16개 삼성 ? 150mm² [53][54][216]

참고 항목

메모들

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m 2009년까지 싱글레벨 셀(1셀당1비트)2009년에 [28][29]상용화된 멀티 레벨 셀(1셀당 최대 4비트 또는 하프바이트).
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    • NOR – 36억 4천만[179]
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외부 링크

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