NOR Flash Memory 토막 지식

Flash 메모리의 경우 sector 단위로 erase가 가능하며 Erase 된 섹터는 모든 bit가 1이라는 값을 가지게 된다. Flash 메모리에 write 하는 작업은 각 bit별 값을 1 to 0으로 바꾸는 작업으로 반대로 0 to1로 바꾸는 write는 불가능하다. 즉 한번 0이된 bit를 1로 바꾸기 위한 유일한 방법은 해당 bit가 포함된 sector 전체를 erase하는 방법밖에 없다.

flash 메모리에서 각각의 bit는 (일반적으로)한개의 cell에 저장이 되는데 이 cell에 전하를 모두 잃으면 1(charge loss), 전하가 쌓이면(charge gain) 0으로 해석된다. 즉 flash erase는 해당 sector에 전하를 모두 비우는 과정이 된다.

때때로 flash에 저장된 값이 0 to 1 혹은  1 to 0으로 값이 변하는 오류가 발생하기도 하는데 이와 같은 bit flipping이 발생하는 이유가 flash memory 자체의 문제인지 SW의 오류로 발생하는 문제인지를 판단하기 어려운 경우가 많다.

먼저, 특정 bit의 값이  0 to1로 값이 변경되었다면 이는  아래와 같은 이유로 flash device의 문제일 가능성이 매우 높은다.   
  1. SW적으로 특정 bit만 0 to1로 변경할 수 없다. 앞서 설명한데로 이를 위해서는 해당 sector를 모두 지운 후 해당 bit만 1이되도록 다시 해당 sector 전체를 다시 write를 해야 하는데, 일부러 이렇게 SW를 작성할 이유가 없고, 이러한 버그가 생기기도 거의 불가능하기 때문이다.
  2. 해당 bit 정보를 저장하는 flash cell에 전류 leakage가 발생하여 전하가 방전(charge loss)되면, 값이 0 to1로 바뀔 수 있다. 먼저 flash에 0을 write할 때(Charge Gain) 전하가 충분히 주입되지 못하여 전하량이 0과 1의 경계부분에 있다가 시간이 지나면서 발생하는 미세한 방전으로 0 to 1로 값이 바뀔 수 있으며, 이와 같은 방전은 일반적으로 시간이 지남에 따라 자연스레 발생하며 cell 특성에 따라 특정 cell이 다른 cell보다 더 빠르게 방전 되기도 한다. 또한 X-ray등으로 냉납등을 조사하는 공정이 있다면, X-ray조사로 인하여 방전이 더 빠르게 발생하기도 한다.

만일 bit값이 1 --> 0 (charge gain)으로 변경되었다면 이 경우는 좀 더 골치 아픈 경우다. SW적으로 erase없이 1 --> 0으로 해당 bit값 만 바꿀 수 있으므로  0 --> 1로 바뀌는 경우보다는 SW 버그일 가능성이 조금 더 크다고 할 수 있겠다. HW적으로도 전하 loss가 아닌 전하 충전이 발생하여야 가능한 현상인데, 전하는 자연적으로는 방전되지 충전되지는 않는다. (물론 손상된 장치에서 특정 cell이 충전되지 않는다고 보증할 수는 없겠지만 )

참고 사이트
http://j102.net/lecture/3595


앞서서 한 cell에 한 bit가 저장된다고 했는데, 데이터 용량을 늘리기 위해 한 cell에 여러 bit를 저장하는 MirrorBit기술이나 MBC(Multi-Bit Cell) 기술등이 적용되고 있다. 이는 NAND flash에서의 MLC 기술과 유사한 것으로 이해된다.

NAND flash에서는 device특성상 불가피하게 발생하는  bit값 변경을 막기 위해서 ECC를 사용한 값 보정 기능이 오래전부터 사용되고 있으나 NOR에서는 최근에서야 ECC기능이 포함되고 있다. 특히 MLC 기술을 사용하는 NOR에 ECC 적용이 활발하게 이루어지고 있다