Dlaczego pamięć flash musi być zapisywana / usuwana na stronach / blokach?

Tytuł mówi wszystko.

Staram się zrozumieć działanie technologii pamięci flash na poziomie tranzystorów. Po dogłębnych badaniach mam dobre intuicje na temat tranzystorów z pływającą bramą i tego, jak wstrzykuje się elektrony lub usuwa je z komórki. Pochodzę z CS, więc moje rozumienie zjawisk fizycznych, takich jak tunelowanie lub wstrzykiwanie gorącego elektronu, jest prawdopodobnie dość niepewne, ale nadal czuję się z tym dobrze. Wpadłem też na pomysł, jak czytać z układów pamięci NOR lub NAND.

Wszędzie jednak czytam, że pamięć flash można wymazać tylko w jednostkach blokowych i można ją zapisać tylko w jednostkach strony. Nie znalazłem jednak uzasadnienia dla tego ograniczenia i staram się uzyskać intuicję, dlaczego tak jest.

Najlepsza odpowiedź, jaką znalazłem na twoje pytanie, znajduje się w artykule Jak działa pamięć flash, gdzie jest napisane:

Elektrony w komórkach układu pamięci flash można przywrócić do normy („1”) przez zastosowanie pola elektrycznego, ładunku o wyższym napięciu. Pamięć flash wykorzystuje okablowanie w obwodzie do przyłożenia pola elektrycznego do całego układu lub do określonych odcinków zwanych blokami. Spowoduje to skasowanie docelowego obszaru układu, który można następnie przepisać. Pamięć flash działa znacznie szybciej niż tradycyjne pamięci EEPROM, ponieważ zamiast kasować jeden bajt na raz, usuwa blok lub cały układ, a następnie przepisuje go.

Nie rozumiem, dlaczego „okablowanie w obwodzie” pozwala na programowanie na poziomie bitowym (przełączanie z 1 na 0), ale może to być związane z innym sposobem przejścia od 1 do 0 (programowanie przez wtrysk na gorąco) w porównaniu do 0 na 1 przejście (kasowanie przez tunelowanie Fowler-Nordheim).

To z definicji. Pamięć flash, która umożliwia zapis poszczególnych bitów, nosi nazwę EEPROM .

Flash różni się od EEPROM tym, że kasowanie odbywa się w blokach, a nie w pojedynczych bitach. Ponieważ wymazywanie jest operacją stosunkowo powolną i musi być wykonane przed zapisem, wykonanie wymazywania w dużym bloku sprawia, że ​​duże operacje zapisu są szybsze dzięki skasowaniu dużej liczby bitów równolegle.

Kasowanie bloków pozwala również na uproszczenie układu scalonego, obniżając koszty. Korzyści skali jeszcze bardziej obniżają koszt pamięci flash w stosunku do pamięci EEPROM, ponieważ pamięć flash jest obecnie używana w dużych ilościach w przypadku dysków półprzewodnikowych, natomiast pamięć EEPROM jest używana w znacznie mniejszych ilościach.

Masz rację, że nie ma fizycznego uzasadnienia dla konieczności wymazywania jednostek blokowych.

Programowanie komórki odbywa się poprzez utworzenie pola elektrycznego między masą a bramką kontrolną, jak pokazano na ryc. 1, i ten sam pomysł jest ważny w przypadku kasowania komórki, pole elektryczne w przeciwnym kierunku wykonałoby zadanie, jak pokazano na ryc. 2. Jednak z konstruktywnych powodów generowanie i stosowanie napięcia ujemnego jest stosunkowo skomplikowane, dlatego zastosowana strategia jest pokazana na ryc. 3, poprzez ustawienie wysokiego napięcia na masę (co stanowi logiczne odniesienie do podłoża w sektorze). Tranzystory selekcyjne nie mogą być już używane, tylko bramy sterujące mogą być napędzane nisko, a to wymusza pełne wymazanie sektora.