Năm 1987, bộ nhớ flash có giá khoảng 80.000 USD cho mỗi GB lưu trữ. 20 năm sau, vào năm 2007, chi phí lưu trữ đã giảm xuống chỉ còn 10 USD mỗi GB lưu trữ. Đến năm 2014, giá chỉ còn 27 xu, và tại thời điểm này, chi phí chỉ còn khoảng… 2 xu mỗi GB. Sự giảm giá này được mô tả là "khả năng mở rộng điên rồ" của công nghệ chip nhớ flash.
Trong khi định luật Moore có thể đã chững lại trong thế giới transistor xử lý logic, nó vẫn còn "sống khỏe và phát triển tốt" trong bộ nhớ flash, đặc biệt là biến thể NAND. Bộ nhớ flash, ban đầu là NOR và sau đó là NAND, có thể được coi là một trong những sản phẩm bán dẫn thành công nhất từng được phát triển và thương mại hóa.
Floating gate transistor, tạm dịch là transistor cổng nổi chính là trái tim của bộ nhớ flash. Giống hệt như công nghệ DRAM, transistor cổng nổi trữ được điện tích, nhưng không phải trong một tụ điện mà là trong chính transistor.
Trong khi định luật Moore có thể đã chững lại trong thế giới transistor xử lý logic, nó vẫn còn "sống khỏe và phát triển tốt" trong bộ nhớ flash, đặc biệt là biến thể NAND. Bộ nhớ flash, ban đầu là NOR và sau đó là NAND, có thể được coi là một trong những sản phẩm bán dẫn thành công nhất từng được phát triển và thương mại hóa.
Transistor cổng nổi
Floating gate transistor, tạm dịch là transistor cổng nổi chính là trái tim của bộ nhớ flash. Giống hệt như công nghệ DRAM, transistor cổng nổi trữ được điện tích, nhưng không phải trong một tụ điện mà là trong chính transistor.
Transistor cổng nổi có hai cổng polysilicon xếp chồng lên nhau theo chiều dọc: Một cổng điều khiển (control gate) ở trên và một cổng nổi (floating gate) ở dưới. Cả hai được bao quanh bởi một chất điện môi cách điện như silicon dioxide.
Cổng điều khiển được kết nối với một đường dây (word line) cung cấp điện áp để chuyển đổi. Cổng nổi không được kết nối với bất cứ thứ gì, nó "nổi" tự do – do đó có tên gọi "cổng nổi".
Các electron có thể được gửi vào cổng nổi, vượt qua lớp oxit cách điện; quá trình này được gọi là lập trình (programming). Sau khi lưu trữ, các electron có thể được giữ trong thời gian rất dài (10 năm trở lên) nhờ khả năng cách điện tốt.
Khi cổng nổi trống, transistor hoạt động bình thường, dòng điện chảy qua khi có điện áp tác động vào cổng điều khiển. Khi cổng nổi có electron, nó làm tăng điện áp ngưỡng của toàn bộ transistor, khiến dòng điện không thể chảy qua ở cùng một điện áp cổng điều khiển. Một trong hai trạng thái này (có dòng điện hoặc không có dòng điện) có thể được chuyển đổi thành giá trị một bit dữ liệu (0 hoặc 1).
Lịch sử phát triển transistor cổng nổi
Ý tưởng transistor cổng nổi được giới thiệu lần đầu vào năm 1967 bởi hai nhà nghiên cứu của Bell Labs: Dawan Kong (người Mỹ gốc Hàn) và Simon Shu (người Mỹ gốc Đài Loan). Họ nhận thấy transistor có thể lưu trữ dữ liệu trong khoảng thời gian tới một giờ và có thể được sử dụng cho bộ nhớ bất biến (non-volatile memories), lưu trữ được dữ liệu ngay cả khi mất điện.
Bộ nhớ bất biến phổ biến đầu tiên dựa trên cấu trúc transistor cổng nổi là EPROM (Electrically Programmable Read-Only Memory). Nhà phát minh Dov Frohman của Intel đã lấy cảm hứng từ một vấn đề xử lý lỗi, trong đó ông nghi ngờ một cổng transistor bị "nổi". EPROM đã giúp khách hàng doanh nghiệp phát triển sản phẩm nhanh hơn và trở thành "nguồn tiền mặt thực sự đầu tiên" của Intel trước thành công của CPU x86.
Thế nhưng khi đó, thách thức lớn là làm thế nào để lấy electron ra khỏi cổng nổi, một quá trình gọi là xóa (erasing). EPROM yêu cầu chiếu tia UV trực tiếp lên chip qua một cửa sổ thạch anh trong 15-20 phút để xóa dữ liệu. Và nhược điểm của phương pháp lưu trữ này là nó không chọn lọc (xóa toàn bộ dữ liệu trong chip) và tốn kém hơn so với package chip nhựa thông thường.
Quảng cáo
Đến năm 1976, Eli Harari tại Hughes Electronics đã phát minh ra EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), cho phép xóa dữ liệu nhanh hơn và chọn lọc hơn. Tuy nhiên, cấu trúc EEPROM yêu cầu hai transistor riêng biệt (một để lưu trữ và một để cách ly), cùng với việc các electron thoát ra qua một khu vực oxit đường hầm riêng biệt, dẫn đến các cell nhớ lớn và đắt tiền. EEPROM không thực sự phổ biến vì flash memory xuất hiện ngay sau đó.
Sự ra đời của chip nhớ flash NOR và NAND
Năm 1980, tiến sĩ Fujio Masuoka tại Toshiba bắt đầu một dự án để đơn giản hóa cấu trúc hai transistor của EEPROM. Ông muốn tạo ra một chip có thể "thay thế tất cả các công nghệ bộ nhớ khác trên thị trường," bao gồm DRAM và thị trường ổ đĩa mềm/đĩa cứng trị giá 90 tỷ USD. Điều sau này người ta mới biết, đó là ông Masuoka đã thực hiện dự án này trong thời gian rảnh rỗi mà không có sự đồng ý của cấp trên.
Cell nhớ mới của ông phát triển thêm một miếng polysilicon thứ ba gọi là cổng xóa (erase gate), nằm cạnh cổng nổi.
Quảng cáo
Quá trình xóa dữ liệu trong thiết kế này sử dụng hiệu ứng đường hầm Fowler-Nordheim: một điện áp âm mạnh được áp dụng cho cổng xóa và điện áp dương mạnh cho đế, tạo ra một trường điện mạnh khiến các electron trong cổng nổi đi ra khỏi silicon. Quá trình này cho phép nối các cell lại với nhau và xóa chúng cùng một lúc, gợi nhớ đến "đèn flash của máy ảnh," từ đó có tên là flash EPROM.
Toshiba không thương mại hóa thiết kế này ngay lập tức, nhưng ông Masuoka đã trình bày một bài báo tại hội nghị IEDM năm 1984. Intel đã quan tâm và yêu cầu mẫu, khởi đầu nỗ lực chính thức của Toshiba.
Tại Intel, một nhóm đã phát triển công nghệ chip nhớ ETOX (Erasable Programmable Read-Only Memory Tunnel Oxide Flash), bằng cách làm mỏng lớp oxit cổng của EPROM để có khả năng xóa điện tích. Thuật ngữ công nghiệp được chấp nhận rộng rãi hơn là NOR flash, và nó trở thành kiến trúc bộ nhớ flash chiếm ưu thế của những năm 1990. Intel phát hành Etox vào 1988, ban đầu nhắm đến máy tính xách tay và máy ảnh kỹ thuật số.
Mặc dù ban đầu đắt và dung lượng thấp, NOR flash đã tìm thấy vị trí của mình khi các nhà sản xuất máy tính sử dụng nó để thay thế EPROM lưu trữ mã BIOS của PC, giúp người dùng có thể nâng cấp BIOS. Intel nhanh chóng chiếm 80-90% thị trường trong những năm cuối thập niên 1980 và đầu thập niên 1990.
Đến năm 1986, Masuoka đã nảy ra ý tưởng về NAND flash khi ông đang làm tư vấn viên ở Washington D.C. trong một vụ kiện liên quan đến DRAM. Vấn đề chính của NOR là chi phí: các mảng cell NOR lớn tương tự như DRAM, dẫn đến ít khuôn trên mỗi wafer và năng suất thấp hơn. Để cạnh tranh với ổ đĩa cứng từ tính, các mảng cần phải nhỏ hơn.
Khác biệt giữa chip nhớ NOR và NAND
Sự khác biệt cơ bản là kích thước.
NOR giống như "một phòng trưng bày sách rộng rãi," nơi mỗi cuốn sách (cell nhớ) nằm trên một bàn riêng, dễ dàng tiếp cận. Điều này mang lại khả năng truy cập nhanh và thuận tiện, nhưng hạn chế số lượng sách có thể lưu trữ. Trong NOR, mỗi cổng điều khiển của cell được kết nối với một đường dây từ (word line) và mỗi cực thoát (drain) của cell được kết nối với một đường dây bit (bit line), cho phép truy cập trực tiếp nhưng yêu cầu nhiều dây dẫn kim loại lớn, tốn không gian.
NAND giống như "một nhà kho," nơi mọi thứ được đóng gói chặt chẽ trong các hàng kệ dài, và anh em phải chờ để dữ liệu được lấy ra. Ưu điểm là có thể nhét được nhiều sách hơn; nhược điểm là không thể truy cập trực tiếp ngay lập tức.
Trong chip NAND, 16 đến 64 cell được kết nối với nhau. Hầu hết các cực thoát của cell không kết nối với đường dây bit mà là với cực nguồn của cell lân cận, tạo thành một chuỗi. Chỉ có hai tiếp điểm trong toàn bộ mảng ở mỗi đầu chuỗi, giúp tiết kiệm rất nhiều không gian. Việc đọc dữ liệu diễn ra nối tiếp (truy cập toàn bộ hàng thay vì từng cell riêng lẻ) và xóa phải xóa toàn bộ khối. Điều này dẫn đến thời gian đọc và ghi chậm hơn, nhưng được chấp nhận để đổi lấy kích thước chip nhớ nhỏ hơn.
Thương mại hóa bộ nhớ NAND
Cuối những năm 1980 là thời kỳ bùng nổ của thị trường bộ nhớ flash. Năm 1988, Eli Harari (nhà phát minh EEPROM) đã đồng sáng lập SanDisk.
Các chip flash ban đầu không đáng tin cậy do việc ghi/ghi lại dữ liệu làm mòn lớp oxit mỏng, dẫn đến lỗi bit lưu trữ dữ liệu. SanDisk đã giải quyết vấn đề này bằng một phương pháp tiếp cận hệ thống toàn diện: họ kết hợp các khuôn bộ nhớ flash với một bộ điều khiển (controller) tích hợp sẵn, được lập trình với phần mềm sửa lỗi và các quy trình để kéo dài tuổi thọ của ổ đĩa (chẳng hạn như phân tán mức độ mòn trên nhiều khuôn flash). Đối với PC, nó được gọi bằng cái tên SSD, ổ cứng thể rắn.
View attachment 8348228
Năm 1991, SanDisk đã giành được hợp đồng với IBM với sản phẩm máy tính bảng ThinkPad của họ, cần một giải pháp thay thế ổ đĩa cứng truyền thống. Sự thành công này đã thúc đẩy sự chấp nhận rộng rãi và SanDisk duy trì vị thế dẫn đầu thị trường.
Còn ở bên Nhật Bản, năm 1990, nhóm của Toshiba đã hoàn thiện sản phẩm NAND và bắt đầu sản xuất hàng loạt. Các chip NAND flash 4 megabit đầu tiên, ra mắt vào 1992 trong một sản phẩm máy ảnh kỹ thuật số của Toshiba. Tuy nhiên, chiếc máy ảnh này có giá khoảng 20.000 USD (tương đương 44.000 USD vào năm 2024), gây cản trở việc phổ biến công nghệ.
Năm 1993, Toshiba ra mắt NAND flash 16 megabit. Sau đó, Samsung đã hợp tác với Toshiba, học hỏi công nghệ và trở thành nhà sản xuất NAND flash hàng đầu thế giới.
Đổi mới để tăng dung lượng lưu trữ
Đổi mới ban đầu của SanDisk (năm 1988) là cell đa cấp (Multi-Level Cell - MLC), cho phép một cell NAND lưu trữ hai bit thay vì 1 bit. Một cell cấp độ đơn (Single-Level Cell - SLC) chỉ có hai trạng thái (0 hoặc 1). MLC cần bốn tổ hợp duy nhất (00, 01, 10, 11). Điều này đạt được bằng cách phân nhóm mức điện tích thành bốn nhóm điện áp ngưỡng. Việc thêm nhiều bước điện áp làm tăng dung lượng cho mỗi ô nhưng khó đo lường chính xác và yêu cầu độ chính xác cao khi ghi và đọc.
Toshiba và SanDisk giới thiệu MLC hai bit đầu tiên vào năm 2001, tiến trình 160 nanometer, tăng gấp đôi dung lượng lưu trữ mà không cần thiết bị mới. Đến năm 2006, MLC đã trở thành chuẩn công nghiệp.
Trong hơn 15 năm tiếp theo, các nhà cung cấp đã giới thiệu các cell 3 bit (triple layer) và thậm chí 4 bit (quad layer), tăng dung lượng của NAND flash phẳng gần gấp đôi mỗi hai năm, đạt 128GB vào năm 2015.
Và rồi đến năm 2001, một nhóm nghiên cứu tại Nhật Bản đã trình bày một bài báo đột phá chứng minh việc xếp chồng hai cell NAND theo chiều dọc. Năm 2006, nhóm R&D của Samsung Electronics đã chế tạo hai cell nhớ NAND xếp chồng lên nhau theo chiều dọc và kết nối chúng bằng kết nối xuyên silicon (TSV), nhưng những phương pháp xếp chồng trực tiếp này không có vẻ khả thi ở quy mô lớn.
Các nhà sản xuất bộ nhớ cuối cùng đã chuyển sang xếp chồng các lớp vật liệu bán dẫn xen kẽ để tạo thành các đường dây từ. Sau đó, họ khoan các lỗ tròn xuyên qua các lớp này và lắng đọng chất điện môi và kim loại bên trong các lỗ. Các nút giao nằm ở nơi các lớp và lỗ giao nhau.
Năm 2013, Samsung công bố bắt đầu sản xuất NAND xếp chồng 24 lớp cho bộ nhớ 128GB, một "khoảnh khắc đột phá" đúng nghĩa đen. Kể từ đó, Samsung đã duy trì tần suất phát triển sản phẩm hàng năm, và sản phẩm V-NAND của họ hiện đã ở thế hệ thứ 10 với hơn 400 lớp cell nhớ chồng lên nhau.
Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI 
==***==
Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp
==***==
Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
---
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP 
Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán 
Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay. 
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp 
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu 
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ 
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel 
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio 
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP 
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍 
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng 
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử 
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công 
==***== Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột 
Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA
Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công
==***==
Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Nguồn: Tinh Tế
Topics: Công nghệ mới
