NAND Flash 101: 집적 회로란 무엇입니까?

이 기사는 Phison의 가장 중요한 제품 중 하나인 집적 회로를 심층적으로 살펴보는 시리즈의 첫 번째 기사입니다. 여기에서 집적 회로가 무엇이며 어떻게 분류되는지 정의합니다.

집적 회로(IC)는 오늘날 전자 장치의 가장 기본적인 토대입니다. 칩 또는 마이크로칩이라고도 하는 IC는 단일 반도체 재료(일반적으로 실리콘)에 부착된 전자 부품 모음으로 구성됩니다.

이 설명은 처음에는 간단해 보일 수 있지만 알고 보면 그보다 조금 더 복잡합니다.

여러 기능을 가진 복잡한 구성 요소

IC 칩은 트랜지스터라고 하는 미니 스위치에 연결되는 나노미터 크기의 회로가 많이 내장되어 있습니다. 이러한 트랜지스터는 전압이나 전류에 연결될 때 기본적으로 전도성이 되는 반도체 소자입니다.

이 개념을 이해하기 위해 많은 파이프와 밸브가 있는 배관 시스템을 상상해 보십시오. 미니 회로가 IC에서 전류를 전달하는 것처럼 파이프는 물을 전달합니다. 트랜지스터는 배관 시스템의 밸브가 물의 흐름을 지시하는 방식과 같이 전류가 필요한 곳으로 흐르도록 켜거나 끌 수 있는 중요한 제어 지점입니다.

회로, 트랜지스터 및 다양한 기타 구성 요소의 미로를 통해 전류를 유도함으로써 IC는 다양한 계산 및 논리 처리 작업을 완료할 수 있습니다. IC에는 컴퓨터 메모리, 카운터, 타이머 등의 역할을 할 수 있는 많은 잠재적 기능이 있습니다. 신호를 증폭하고 계산을 수행하며 결정 지점을 평가하고 결과에 따라 코드를 분기할 수도 있습니다. 이러한 기본 요소는 데스크톱 컴퓨터의 CPU와 같은 복잡한 장치를 조립하는 데 모두 중요합니다.

IC 분류

고유한 아키텍처와 가능한 사용 범위를 통해 IC 제품군 트리는 디지털/로직, 아날로그(오디오 신호 또는 자동차의 충돌 방지 레이더와 같은) 및 메모리(그림 1 참조)의 세 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다.

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그림 1. 모든 IC는 용도가 뚜렷한 세 가지 주요 범주 중 하나에 속합니다.

아날로그 대 디지털: 약간의 배경 지식

각 IC 그룹을 탐구하기 전에 디지털과 아날로그의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 둘 다 신호 유형을 나타내지만 차이점은 데이터가 전송되는 방식에 있습니다. 아날로그 신호는 연속파입니다. 디지털 신호는 1과 0으로 구성되며 연속적이지 않습니다. 각각의 1 또는 0은 별개의 정보 "패킷"입니다. 그림 2에서 두 파형(또는 시각적으로 그래프로 나타낼 때 신호 모양)의 차이를 볼 수 있습니다.

아날로그 파동은 현실 세계와 관련된 것을 표현하는 데 정말 능숙합니다. 음파 또는 땅에 닿는 발의 압력, 점진적으로 발생하는 지진의 진동 등을 생각해 보십시오. A 지점에서 B 지점으로의 원활한 진행이 항상 있습니다.

반면에 디지털 신호는 명확하게 정의된 즉각적인 시작 및 중지 지점으로 인해 제어, 계산, 측정 및 관리가 훨씬 쉽기 때문에 기술 시스템에서 더 일반적으로 발견됩니다.

디지털 IC

2000년대 초, Phison은 세계 최초의 단일 칩 USB 플래시 드라이브 컨트롤러 IC를 설계한 젊은 엔지니어 그룹에 의해 대만에서 설립되었습니다. 이 칩은 일종의 디지털 IC로 분류됩니다.

이산 신호의 경우 전압(또는 전기적 레벨)이 순간적으로 상승 및 하강하지만, 아날로그 신호의 전압은 파도처럼 부드럽게 상승 및 하강할 수 있습니다. 그리고 이산 신호의 최고점과 최저점에 대해 미리 결정된 특정 전압 레벨을 사용하면 이진수(1과 0) 데이터를 쉽게 추론할 수 있습니다. 디지털 신호 및 칩의 "명확한" 특성은 특히 오늘날의 회로 설계 도구가 발전함에 따라 보다 설계자 친화적입니다.

그림 2. 아날로그 신호는 연속적인 반면 디지털 신호는 불연속적인 것으로 간주됩니다.

아날로그 IC

위에서 언급한 바와 같이 아날로그 IC의 연속파형 신호는 전자기파 및 열 복사와 같은 실제 세계의 가변 요소를 나타내는 데 정말 능숙합니다. 신호 처리 및 신호 특성을 제거, 감소 또는 변경하는 필터와 같은 인터페이스 장치로 배치되는 경우가 많습니다. 또는 미리 설정된 온도에 비례하는 전압을 생성하는 온도 센서.

설명을 위해 배관 파이프와 밸브로 돌아가 보겠습니다. 급수 밸브를 무작위로 조정하고 총 수류 대 시간의 변화를 관찰함으로써 시간의 함수로서 전류 흐름의 양과 함께 연속적인 파형을 그릴 수 있습니다. 적절하게 설계된 아날로그 회로와 동일한 방식으로 작동합니다. 물 대신 전류 또는 전압 측정으로 파형을 그릴 수 있습니다.

아날로그 신호의 단점은 복잡하고 분석하기 어렵다는 것입니다. 파형을 더 간단한 형태로 변환하려면 일련의 복잡한 수학적 연산이 필요하므로 실제로는 간단한 관찰을 통해 결정적인 결과를 얻을 수 있습니다.

일부 용도에서 긍정적인 아날로그 신호의 변동성은 오류 허용 오차가 낮기 때문에 아날로그 IC를 매우 민감하게 만들 수 있습니다. 즉, 회로, 하드웨어 구성 또는 사용자 설계에 약간의 오류가 있는 경우 작동에 능숙하지 않으며 결함이 발생하여 전체 시스템의 무결성을 손상시킬 수 있습니다.

즉, 복잡한 시스템 설계에서 아날로그 IC의 중요성을 간과할 수 없습니다. 역사적으로 대부분의 전자 장치는 아날로그 정보 처리로 시작되었습니다. 오늘날 아날로그 IC는 여전히 일반적이며 복잡한 시스템 및 모듈 설계에서 디지털 IC와 결합되는 경우가 많습니다.

메모리 IC

메모리 IC의 목적은 데이터를 저장하는 것입니다. 특히 낸드 플래시 메모리는 전원이 꺼져도 정보를 유지할 수 있고 움직이는 부분이 없어 지난 10년 동안 장기 저장 매체로 각광받았다. 이러한 유형의 데이터 보존을 비휘발성이라고도 합니다. 반면에 RAM과 같은 휘발성 메모리는 빠르지만 전원이 꺼지면 데이터가 손실됩니다. 오늘날의 엔지니어는 대상 애플리케이션에서 예상되는 데이터 액세스 빈도에 따라 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 사용할 수 있습니다.

오늘날 모든 메모리 IC의 공통점은 유용한 솔루션을 제공하기 위해 디지털 컨트롤러 IC가 필요하다는 것입니다. 컨트롤러 IC 없이 회로 기판에 메모리 IC를 탑재하여 구동하는 것은 바퀴는 좋지만 엔진은 없는 자동차를 갖는 것과 같습니다.

이것은 이전에 논의한 디지털 IC로 돌아갑니다. 최초의 USB 플래시 컨트롤러는 특정 기능인 데이터 저장을 위해 Phison에서 개발한 디지털 IC였습니다. 이러한 유형의 IC는 일반적으로 ASIC(Application Specific IC)라고 하며 CPU 및 GPU에서 일반 컴퓨팅에 사용되는 범용 IC와 다릅니다. ASIC 애플리케이션은 단순한 차량 내 인포테인먼트 시스템에서 국가 통신 네트워크 제어 시스템에 이르기까지 다양할 수 있지만 Phison의 ASIC는 NAND 플래시 메모리 IC가 장착된 저장 장치를 제어하도록 설계되었습니다.

다양한 메모리 IC는 애플리케이션 요구 사항을 수용하기 위해 고유한 "구동" 스타일을 요구할 수 있습니다. 이러한 고유한 요구 사항은 IC 맞춤화를 통해 달성됩니다. 사용자 지정 범위에 따라 기능 및 기능의 유연성이 결정됩니다.

Phison은 다양한 요구 사항에 맞는 IC를 설계합니다.

Phison은 IC 설계의 종단 간 맞춤화를 전문으로 합니다. NAND 플래시 메모리 컨트롤러 IC는 최고의 제어 메모리 IC에 맞춰진 기능 모듈이 포함된 완전한 맞춤형 솔루션입니다. Phison은 IC 설계의 최전선에 머물기 위해 기술 R&D에 지속적으로 투자하면서 20년 이상 선도적인 솔루션을 제공했습니다.

IC 설계 프로세스를 자세히 살펴보는 IC 101 블로그 시리즈의 다음 편을 기대해 주세요.