NAND فلیش کی اندرونی ساخت

1965 میں، W. Shockley، W. Brattain اور J. Bardeen کی طرف سے بائی پولر ٹیوب کی ایجاد کے بعد، انٹیل کے شریک بانی، گورڈن مور نے ایک ایسا قاعدہ دریافت کیا: جب قیمت میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی، تو توانائی کی مقدار جو ہو سکتی ہے۔ انٹیگریٹڈ سرکٹ پر ایڈجسٹ ٹرانزسٹروں کی تعداد تقریباً ہر سال دوگنی ہو جائے گی، اور کارکردگی بھی دوگنی ہو جائے گی۔ درحقیقت، ایک مربوط سرکٹ پر ٹرانزسٹروں کی تعداد اگلے چند سالوں میں تقریباً ہر 18 ماہ بعد دوگنی ہو جائے گی۔ مثال کے طور پر، پینٹیم 1.3 اور پینٹیم 4 کے درمیان 18 مہینوں میں، فی یونٹ رقبہ پر ٹرانزسٹروں کی تعداد 28 ملین سے بڑھ کر 55 ملین ہو گئی۔

آج، ایک معیاری ڈیسک ٹاپ پی سی کے پروسیسر کی آپریٹنگ فریکوئنسی کا حساب گیگاہرٹز میں کیا جاتا ہے، اور صلاحیت کی معلومات جو میموری ذخیرہ کر سکتی ہے اس کا حساب ٹیرا بائٹس (ٹی بی) میں لگایا جاتا ہے۔ فی یونٹ ایریا میں ٹرانزسٹروں کی تعداد میں اس اضافے کی مثال میموری سے ملتی ہے، جو کہ الیکٹرانک سسٹمز میں ایک کلیدی جزو بھی ہوتا ہے۔

سیمی کنڈکٹر میموری کو دو اہم حصوں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: RAM (Random Access Memories) اور ROM (Read Only Memories): پاور آف ہونے کے بعد RAM غائب ہو جائے گی، جبکہ ROM اسے برقرار رکھے گی۔ میموری کی ایک اور قسم، NVM (Non-volatile Memories)، مندرجہ بالا دو اقسام کے درمیان ہے۔ اس کے مواد میں ترمیم کی جا سکتی ہے، اور بجلی کی ناکامی کے بعد ڈیٹا ضائع نہیں ہوگا۔ یہ خالص ROM سے زیادہ لچکدار ہے، کیونکہ ROM کا مواد مینوفیکچرر کے ذریعہ لکھا جاتا ہے اور گاہک اس میں ترمیم نہیں کرسکتا۔

غیر اتار چڑھاؤ کی یادوں کی تاریخ 1970 کی دہائی میں شروع ہوئی، اور پہلی NVM EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) تھی، اس کے بعد سے 1990 کی دہائی تک، NVM دھیرے دھیرے سیمی کنڈکٹر خاندان کے اہم ترین ارکان میں سے ایک بن گیا، اور زیادہ توجہ دی گئی۔ NVM کی ترقی کے نتیجے میں ہونے والے معاشی فوائد سے زیادہ کو فروغ دینے کے لیے نئی ٹیکنالوجیز کی ترقی کے لیے ادائیگی کی گئی ہے۔

1990 کی دہائی سے، جیسا کہ سیمی کنڈکٹر میموری ڈیجیٹل ٹرمینل مصنوعات جیسے موبائل فونز، ہینڈ ہیلڈ کمپیوٹرز، اور ویڈیو کیمروں میں داخل ہوئی ہے، یہ مارکیٹ آج تک تیزی سے ترقی کی حالت میں ہے۔

فلیش میموری اسٹوریج کا سب سے مشہور طریقہ فلوٹنگ گیٹ (FG) نامی ٹیکنالوجی پر مبنی ہے۔ آپ درج ذیل کراس سیکشنل ڈایاگرام کا حوالہ دے سکتے ہیں۔ ایک MOS ٹیوب دو اوور لیپنگ گیٹس پر مشتمل ہوتی ہے: پہلا مکمل طور پر آکسائیڈز سے گھرا ہوتا ہے۔ جبکہ دوسرا باہر سے جڑا ہوا ہے۔ یہ واحد دروازہ الیکٹرانک آئسولیشن بیلٹ بنانے کے مترادف ہے، جو اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ اس میں موجود الیکٹران (ڈیٹا) کو کئی سالوں تک برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ اس الگ تھلگ حصے کو چارج کرنے اور خارج کرنے کے عمل کو پروگرام اور ایریز کہتے ہیں۔ چارجنگ اور ڈسچارج کی وجہ سے، الگ تھلگ حصے کے اندر ممکنہ Vth تبدیل ہو جائے گا۔ یہ ایک عام MOS ٹیوب کا کام کرنے کا اصول ہے۔ جب ہم میموری سیل پر وولٹیج لگاتے ہیں، تو ہم دو صورتوں میں فرق کر سکتے ہیں: جب ہم جو وولٹیج لگاتے ہیں وہ Vth سے زیادہ ہوتا ہے، تو اسے "1" کے طور پر پہچانا جاتا ہے، ورنہ اسے "0" کے طور پر پہچانا جاتا ہے۔

NAND میموری سیل کا ڈھانچہ

صف

میموری کی سٹوریج یونٹس کو میٹرکس کی شکل میں منظم کیا جاتا ہے، کیونکہ یہ تنظیم میموری کے زیر قبضہ جگہ کو مؤثر طریقے سے کم کر سکتی ہے۔ میں میموری سیل کی تنظیم کو دیکھ کر NAND اور NOR فلیش کے درمیان فرق بتا سکتا ہوں۔ ہم ابھی NAND متعارف کراتے ہیں، کیونکہ NAND اس وقت سب سے زیادہ استعمال ہونے والی میموری ہے۔

NAND فن تعمیر میں، میموری سیلز کو ہر 32 یا 64 میں ترتیب دیا جاتا ہے جیسا کہ شکل 2.2 میں دکھایا گیا ہے۔ انتخاب کے لیے دو ٹرانزسٹر (اس ٹرانزسٹر کے دو بیرونی پن DSL/Mdl [BL سے منسلک ہیں] یا SSL/Msl [SL سے منسلک]) میموری سیلز (32 یا 64) کے دونوں سروں پر رکھے گئے ہیں تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے۔ سورس لائن (ایم ایس ایل کے ذریعے) اور بٹ لائن (ایم ڈی ایل کے ذریعے) سے کنکشن۔ ہر NAND میموری سیل سٹرنگ میں ایک بٹ لائن ہوتی ہے جو دوسرے سٹرنگز سے جڑنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ ورڈ لائنز (WLs) کو جوڑنے کے لیے کنٹرول گیٹس استعمال کیے جاتے ہیں۔

منطقی صفحات ایک ہی ورڈ لائن کے ذریعہ کنٹرول شدہ اسٹوریج یونٹ کے ذریعہ کنٹرول کردہ حصہ ہیں۔ ہر ورڈ لائن کے زیر کنٹرول صفحات کی تعداد اسٹوریج یونٹ کی صلاحیت سے متعلق ہے۔ اسٹوریج یونٹ کی اسٹوریج لیول کی بنیاد پر، فلیش میموری کو مختلف زمروں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: SLC (ایک اسٹوریج یونٹ 1bit)، MLS (ایک اسٹوریج یونٹ 2bits)، 8LC (ایک اسٹوریج یونٹ 3bits)، 16LC (ایک اسٹوریج یونٹ 4bits) .

اگر ہم SLC کے انٹرلیونگ کیس پر غور کریں تو طاق اور جفت اعداد بالترتیب مختلف صفحات بناتے ہیں۔ ایک مثال یہ ہے: 4KB (4096 * 8=32768 بٹس) کے صفحہ کے سائز کے ساتھ SLC ورڈ لائن میں 65536 میموری کے مقامات ہیں۔

بلاشبہ، اگر یہ MLC ہے، تو 4 صفحات ہیں، اور ہر میموری سیل سیریز میں ایک LSB (Least Significant Bit) اور ایک MSB (سب سے زیادہ اہم بٹ) ہوتا ہے۔ لہذا وہاں ہیں:

- یہاں تک کہ بٹ لائنوں کے MSB اور LSB صفحات

- عجیب بٹ لائنوں کے MSB اور LSB صفحات

مٹانے پر ایک ہی ورڈ لائن کے تمام NAND میموری سیل سٹرنگز ایک ساتھ مٹ جاتے ہیں، اس طرح ایک بلاک (blcok) بنتا ہے، اگر دو بلاکس 2.2 میں دکھائے جائیں تو ایک ہی بس استعمال ہوتی ہے، ایک بلاک WL پر مشتمل ہوتا ہے0<63:0>اور دوسرا WL1 ہے۔<63:0>.

NAND فلیش کا میموری سیل ڈھانچہ ایک میٹرکس ہے۔ NAND کو پڑھنے، لکھنے اور مٹانے کے دوران اضافی سرکٹس کی ضرورت ہوتی ہے۔ چونکہ NAND کی ہر ڈائی کو پیک کیا جانا چاہیے، اس لیے ڈیزائن کے مرحلے میں ایک مناسب سیٹ کیا جاتا ہے۔ ارد گرد کے الیکٹرانکس کا سائز اور تعمیر کرنا ضروری ہے۔ مثال کے طور پر، NAND فلیش کے ہر ڈائی کا درجہ بندی اس طرح ہے۔

شکل 2.3 درجہ بندی کی ایک مثال دکھاتی ہے۔ سٹوریج کی صف کو ایک سے زیادہ طیاروں (شکل 2.3 میں دو طیاروں) کے طور پر ترتیب دیا جا سکتا ہے، جسے افقی سمت میں ورڈ لائنز اور عمودی سمت میں بٹ لائنوں سے نشان زد کیا گیا ہے۔

رو ڈیکوڈر دو طیاروں کے درمیان واقع ہے۔ سرکٹ کے کاموں میں سے ایک یہ ہے کہ نارمل آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے منتخب NAND سٹرنگز کی ورڈ لائنز کا صحیح طریقے سے تعصب کیا جائے۔ تمام بٹ لائنز سینس ایمپلیفائرز (Sense Amp) سے منسلک ہونی چاہئیں۔ ہر سینس ایمپلیفائر میں ایک یا زیادہ بٹ لائنیں ہو سکتی ہیں، جنہیں ہم بعد میں اس سیکشن میں تفصیل سے متعارف کرائیں گے۔ سینس ایمپلیفائر کا مقصد میموری سیل میں کرنٹ کو ڈیجیٹل مقدار میں تبدیل کرنا ہے۔ پیریفرل ایریا میں، میموری سیلز کو چارج کرنے کے لیے کچھ ڈیوائسز کی ضرورت ہوتی ہے، نیز وولٹیج مینجمنٹ ڈیوائسز، لاجک سرکٹس اور دیگر ڈیوائسز۔ PADs کا استعمال بیرونی آلات کے ساتھ بات چیت کے لیے کیا جاتا ہے۔