Abstract
Recently, NAND Flash memory structure is evolving from SDR (Single Data Rate) to high speed DDR(Double Data Rate) to fulfill the high performance requirement of SSD and SSS. Accordingly, the proper ways of transferring data that latches valid data stably and minimizing data skew between pins by using PHY(Physical layer) circuit techniques have became new issues. Also, rapid growth of speed in NAND flash increases the operating frequency and power consumption of NAND flash controller. Internal voltage variation margin of NAND flash controller will be narrowed through the smaller geometry and lower internal operating voltage below 1.5V. Therefore, the increase of power budge deviation limits the normal operation range of internal circuit. Affection of OCV(On Chip Variation) deteriorates the voltage variation problem and thus causes internal logic errors. In this case, it is too hard to debug, because it is not functional faults. In this paper, we propose new architecture that maintains the valid timing window in cost effective way under sudden power fluctuation cases. Simulation results show that the proposed technique minimizes the data skew by 379% with reduced area by 20% compared to using PHY circuits.
SSD (Solid-state Drive), 더 나아가 SSS (Solid-state Storage System)와 같은 고성능 스토리지 요구 사항을 지원하기 위해 최근 낸드 플래시 메모리도 DRAM에서와 같이 SDR (Single Data Rate)에서 고속 DDR (Double Data Rate) 신호구조로 진화하고 있다. 이에 따라 PHY (Physical layer) 회로 기술을 적용하여 협소 타이밍 윈도우 내에서 유효 데이터를 안정적으로 래치하고, 핀 간 데이터 스큐를 최소화하는 것 등이 새로운 이슈로 부각되고 있다. 또한, 낸드 플래시 동작 속도의 증가는 낸드 플래시 컨트롤러의 동작 주파수 상승으로 이어지고 동작 모드에 따라 컨트롤러 내부 소모 전력 변동성이 급격히 증가한다. 공정 미세화와 저전력 요구에 의해 컨트롤러 내부 동작 전압이 1.5V 이하로 낮아지면서 낸드 플래시 컨트롤러 내부 전압 변화 마진폭도 좁아지므로 이러한 소모 전력 변동성 증가는 내부 회로의 정상 동작 범위를 제한한다. 컨트롤러의 전원전압 변동성은 미세공정으로 인한 OCV (On Chip Variation)의 영향이 증가함에 따라 더 심화되는 추세이고, 이러한 변동성의 증가는 순간적으로 컨트롤러의 보장된 정상 동작 범위를 벗어나게 되어 내부 로직의 오류를 초래한다. 이런 불량은 기능적 오류에 의한 것이 아니므로 문제의 원인 규명 및 해결이 매우 어렵게 된다. 본 논문에서는 낸드플래시 컨트롤러 내부의 비정상적 전원 전압 변동하에서도 유효 타이밍 윈도우를 경제적인 방법으로 유지할 수 있는 회로 구조를 제안하였다. 실험 결과 기존 PHY회로 대비 면적은 20% 감소한 반면 최대 데이터 스큐를 379% 감소시켜 동등한 효과를 보였다.
