内部ビュー：フラッシュとRAM

まえがき

新年は楽しい、明るい休日であり、私たち全員が過ぎ去った年をまとめ、将来に希望を持ち、贈り物をします。 この点で、私の記事（ 1、2、3、4 ）に示されているサポート、ヘルプ、および関心について、すべてのhabr-residentに感謝します。 最初に一度もサポートしていなかった場合、その後はありませんでした（すでに5つの記事）。 よろしくお願いします！ そして、もちろん、一見しただけではかなり厳しい分析機器を（個人用でも公共でも）使用する方法について、人気の科学教育記事の形でギフトを作りたいと思います。 今日、大Year日、お祝いの手術台には次のものがあります：A-DataのUSB-FlashドライブとSamsung SO-DIMM SDRAMモジュール。

理論部

お祝い用のテーブルに余裕のあるオリビエのサラダを準備する時間があるように、私は非常に簡潔にしようとします。そのため、材料の一部はリンクの形になります。

どんな記憶が起こりますか？

現時点では、情報を保存するための多くのオプションがあり、それらの一部は絶え間ない電気の充電（RAM）を必要とし、一部は周囲の機器の制御回路に永久に「縫い付け」（ROM）、一部はそれらの品質を組み合わせますその他（ハイブリッド）。 特に後者はフラッシュに属します。 不揮発性メモリのようですが、物理学の法則を無効にすることは難しく、定期的にフラッシュドライブの情報を書き換える必要があります。

ここでは、以下の図と、さまざまなタイプの「ソリッドステートメモリ」の特性の比較について詳しく知ることができます。 またはここで -2003年にまだ子供だったのは残念です。彼らは私にそのようなプロジェクトへの参加を許可しませんでした...


現代の「ソリッドステートメモリ」。 出所

おそらく、これらすべてのタイプのメモリを組み合わせることができる唯一のことは、ほぼ同じ動作原理です。 いくつかの2次元または3次元のマトリックスがあり、ほぼこの方法で0と1が埋められ、これらのマトリックスからこれらの値を計算または置換できます。 これはすべて、 フェライトリング上の先行メモリの直接的なアナログです。

フラッシュメモリとは何ですか（NORおよびNAND）？

フラッシュメモリから始めましょう。 昔、悪名高いixbtで、Flashとは何か、このタイプのメモリの2つの主な種類についてはかなり詳細な記事が公開されていました。 特に、NOR（論理否定）およびNAND（論理否定）フラッシュメモリ（すべてここでも詳細に説明します）がありますが、それらの構成は多少異なります（たとえば、NORは2次元、NANDは3次元になります）しかし、共通の要素が1つあります-フローティングゲートトランジスタです。


フローティングゲートトランジスタの概略図。 出所

では、このエンジニアリングの奇跡はどのように機能するのでしょうか？ いくつかの物理的公式とともに、これをここで説明します 。 つまり、コントロールゲートと、ソースからドレインに電流が流れるチャネルとの間に、誘電体の薄い層で囲まれた同じフローティングゲートを配置します。 その結果、このような「修正された」電界効果トランジスタに電流が流れると、高エネルギー電子の一部が誘電体をトンネルし、最終的にフローティングゲート内に到達します。 電子がトンネルを通過し、このシャッター内をさまよいながら、電子のエネルギーの一部を失い、実際に戻ることができないことは明らかです。

NB： 「実用的」がキーワードです。なぜなら、上書きせず、少なくとも数年に一度はセルを更新せずに、Flashはコンピューターをオフにした後、RAMと同じように「リセット」するからです。

ixbtには、フローティングゲートを備えた単一のトランジスタに数ビットの情報を記録する可能性を議論する別の記事があり、これにより記録密度が大幅に向上します。

検討しているフラッシュドライブの場合、メモリはもちろんNANDであり、おそらくはマルチレベルセル（MLC）です。

フラッシュメモリの技術に精通し続けることが興味深い場合は、この問題に関する2004年の調査結果をご覧ください 。 そして、ここで（ 1、2、3 ）新世代​​の記憶のためのいくつかの実験室ソリューション。 これらのアイデアや技術が実践されているとは思いませんが、誰かが私よりもよく知っているかもしれません！

DRAMとは何ですか？

誰かがDRAMとは何かを忘れてしまった場合、 ここで歓迎されています 。

繰り返しますが、2次元配列があり、0と1で埋める必要があります。フローティングゲートに電荷を蓄積するのに非常に長い時間がかかるため、RAMの場合は別のソリューションが使用されます。 メモリセルは、コンデンサと従来の電界効果トランジスタで構成されています。 この場合、コンデンサ自体は、一方では原始的な物理デバイスを持っていますが、他方では鉄で非自明に実装されています：


RAMセルデバイス。 出所

繰り返しになりますが、ixbtにはDRAMとSDRAMに関する良い記事があります。 もちろん、彼女はそれほど新鮮ではありませんが、基本的なポイントは非常によく説明されています。

私を苦しめる唯一の質問は、DRAMがフラッシュのようにマルチレベルセルを持つことができるかどうかです。 そうそうですが、それでも...

実用的な部分

フラッシュ

フラッシュドライブを長い間使用している人は、おそらくケースのない「裸の」ドライブを見たことがあるでしょう。 しかし、それでもUSBフラッシュドライブの主要部分について簡単に説明します。


USBフラッシュドライブの主な要素：1. USBコネクタ、2。コントローラー、3。PCB多層プリント回路基板、4。NANDメモリモジュール、5。クォーツ基準周波数ジェネレーター、6。LEDインジケーター（ただし、多くの場合フラッシュドライブではありません）、7。書き込み保護スイッチ（同様に、多くのフラッシュドライブが欠落しています）、8。追加のメモリチップ用のスペース。 出所

単純なものから複雑なものに移りましょう。 水晶発振器（動作原理の詳細はこちら ）。 残念なことに、研磨中に水晶板自体が消えたため、私たちはその事件を賞賛するしかありません。


水晶発振器ハウジング

ちなみに、その間に、テキソライトとボールの内部の強化繊維がどのように見えるかを見つけました。 ちなみに、繊維はそれでもひねりを加えて積み重ねられていますが、これは上の画像ではっきりと見えます：


PCB内の強化繊維（赤い矢印は切断に垂直な繊維を示します）、PCBの大部分は

そして、これがフラッシュドライブの最初の重要な部分です-コントローラー：


コントローラー いくつかのSEM顕微鏡写真を組み合わせて得られたトップ画像

私は正直に認めますが、チップフィル自体にいくつかの追加の導体を配置したエンジニアの考えを十分に理解していませんでした。 技術的プロセスの観点から行う方が簡単で安価かもしれません。

この写真を処理した後、私は「ヤヤヤヤズ！」と叫び、部屋を走り回りました。 注目すべきは、ドレイン、ソース、コントロールシャッターの境界が完全に描かれた500 nmプロセステクノロジーと、コンタクトさえも比較的完全に保たれていることです。


「IDE！」マイクロエレクトロニクス-美しく描かれた個別のドレイン（ドレイン）、ソース（ソース）、コントロールゲート（ゲート）を備えた500 nmコントローラーの技術プロセス

さあ、デザートを始めましょう-メモリチップ。 文字通りこの記憶を養う連絡先から始めましょう。 メイン（「最も厚い」連絡先の写真）に加えて、多くの小さな連絡先もあります。 ところで、「太い」人間の髪の毛の直径は2未満なので、世界のすべては相対的です。


メモリチップに供給する接点のSEM画像

記憶そのものについて話すと、ここでも成功を待っています。 境界が矢印でマークされている個々のブロックを撮影することができました。 最大の倍率で画像を見るときは、目を締めてみてください。このコントラストは区別するのは本当に難しいですが、画像上にあります（わかりやすくするために、線で別のセルをマークしました）。


メモリセル1.ブロックの境界は矢印で強調表示されます。 線は個々のセルを示します。

最初はイメージのアーティファクトのように見えましたが、自宅ですべての写真を処理した後、SLCセルで垂直軸に沿って細長い制御シャッターであるか、MLCで組み立てられたいくつかのセルであることに気付きました。 上記でMLCについて言及しましたが、それでも疑問です。 参考までに、セルの「厚さ」（つまり、下の画像の2つの明るい点の間の距離）は約60 nmです。

解体しないようにするために、フラッシュドライブの他の半分からの同様の写真を以下に示します。 完全に類似した画像：


メモリセル2.ブロックの境界は矢印で示されています。 線は個々のセルを示します。

もちろん、チップ自体はこのようなメモリセルの単なるコレクションではなく、その内部に他の構造があり、それらの所属を判断できませんでした。


NANDメモリチップ内の他の構造

DRAM

もちろん、SamsungのSO-DIMMボード全体を見たわけではありません。メモリモジュールの1つを建物のヘアドライヤーで「切断」しました。 最初の出版物が便利になった後に提案されたヒントの1つは、それを斜めにカットすることであったことは注目に値します。 したがって、見たものに詳細に没頭するには、この事実を考慮する必要があります。特に、45度にカットしても、コンデンサの「トモグラフィー」セクションを取得できるためです。

しかし、伝統によると、私たちは連絡先から始めます。 BGAの「チップ」がどのように見え、はんだ付け自体が何であるかを見るのは嬉しかったです。


BGAはんだ付けのチッピング

そして、ここで2回目です。「アイデ！」、個々の固体コンデンサを見ることができたので、画像内の同心円に矢印が付いています。 彼らは、コンピュータ操作中に、彼らのカバーに料金の形で私たちのデータを保存します。 写真から判断すると、このようなコンデンサの寸法は幅が約300 nm、厚さが約100 nmです。

チップが斜めに切断されているという事実により、一部のコンデンサは中央できれいに切断されますが、他のコンデンサは「側面」のみが切断されています。


栄光に満ちたDRAMメモリ

誰かがこれらの構造がコンデンサーであると疑う場合、 ここでより大きな「プロフェッショナルな」写真を見ることができます（ただし、大きな目盛りはありません）。

私を混乱させた唯一の瞬間は、コンデンサが2列に配置されていることでした（左下の写真）、つまり 1ビットが2ビットの情報を占めることがわかります。 前述のように、マルチビット記録に関する情報は入手可能ですが、この技術が現代の産業でどのように適用され、使用されるかは、私にとって疑問のままです。

もちろん、メモリセル自体に加えて、モジュール内にはいくつかの補助構造もあり、その目的は推測することしかできません。


DRAMチップ内のその他の構造

あとがき

私の意見では、テキスト全体に散在するリンクに加えて、 このレビューは非常に興味深い（1997年からですが）、 サイト自体（およびフォトギャラリー、チップアート、特許、および多くの多くのこと）およびこのオフィス 、実際にリバースエンジニアリングを行っています。

残念ながら、フラッシュとRAMの生産に関する多数のビデオを見つけることができなかったため、USB-Flashドライブのアセンブリに満足するだけで済みます。



PS：もう一度、ブラックウォータードラゴンに明けましておめでとうございます!!!
奇妙なことに、私はFlashについての記事を最初に書きたかったのですが、それ以外の場合は運命が決まりました。 私たちは、次の少なくとも2つの記事（バイオオブジェクトとディスプレイに関する）が2012年初頭にリリースされることを期待しています。 それまでの間、シードはカーボンテープです。


テストサンプルが固定されたカーボンテープ。 普通のテープは似ていると思う

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まず 、Habréで公開されている記事の完全なリスト：

Nvidia 8600M GTチップを開くと、より詳細な記事がここに表示されます。 モダンチップ-内部の外観
内面図：CDおよびHDD
内面図：LED電球
内部ビュー：ロシアのLED産業
内部ビュー：フラッシュとRAM
内観：私たちの周りの世界
内面図：LCDおよびE-Inkディスプレイ
内部ビュー：デジタルカメラアレイ
内部ビュー：プラスチックロジック
内部の外観：RFIDおよびその他のタグ
内部ビュー：EPFLの大学院。 パート1
内部ビュー：EPFLの大学院。 パート2
内部ビュー：私たちの周りの世界-2
内部ビュー：私たちの周りの世界-3
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内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート1
内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート2
内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート3
内部の外観：IKEA LEDの逆襲
内部の外観：フィラメントランプはとても良いですか？

および3DNews：
Microview：最新のスマートフォンのディスプレイ比較

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