?存算一体：NOR Flash冲向新巅峰( 二 ) 近年来

浮栅上的电子则可以使用沟道热电子注入（ChannekHotElectronicInjection,CHEI）FN隧穿（Fowler-NORdheimTunneling）两种方式来增加和移除。 CHEI通过在栅极加电压使得沟道反型，并在源极和漏极之间加高电压使电子向漏极加速。其中有部分电子在整个过程中侥幸因为发生碰撞而获得了足够越过隧道氧化层势垒的动能并到达浮栅，这样，就使得浮栅中有了多余的电子。而FN隧穿则在控制栅和衬底之间加很高的负电压，使得它们之间形成强电场以降低氧化层的势垒宽度，增加电子隧穿的几率，使得电子从浮栅回到衬底。使用CHEI增加浮栅电子的操作称为“编程” ，而使用FN隧穿移除电子的操作称为“擦除” 。
可见，浮栅晶体管可以近似等效于一个Ｎ沟道MOSFET在栅极连接一个电容，其电学特性就像阈值电压可调的MOSFET,也具有截止(Cut-Off)、弱反型(Weak-Inversion ，亦称Sub-threshold ，亚阈值)、线性(Linear,亦称Triode ，三极管，亦称Ohmic ，可变电阻)和饱和等工作模式，每种模式具有不同的特征。

文章图片
NORFlash阵列结构
NORFlash中程序和数据可存放在同一芯片上,拥有独立的数据总线和地址总线,能够快速随机读取数据,也允许系统直接从Flash中读取代码执行,而不需要先将代码下载至RAM中再执行;可以单字节或单字编程,但不能单字节擦除,必须以块为单位或对整片执行擦除操作,在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和。
NORFlash以并行的方式连接存储单元，具有分离的控制线、地址线和数据线、较快的读速度、能够提供片上执行的功能，但写操作和擦除操作的时间较长，且容量低、价格高。因此NORFlash多被用于手机、BIOS芯片以及嵌入式系统中进行代码存储。
NORFlash如何实现存算一体？
基于NORFlash的存算一体基本原理是利用存储单元的多值特性，通过器件本征的物理电气行为（例如基尔霍夫定律与欧姆定律）来实现多值MAC运算。每个存储单元可以看作一个可变电导/电阻，用来存储网络权重，当在每一行施加电流/电压（激励）时，每一列即可得到MAC运算的电压/电流值。

文章图片
基于Flash的MAC运算基本原理
我们以基于Flash单元的电压式模拟乘法器为例。模拟乘法器由两个Flash单元构成，这两个Flash管栅极(G)相连并接固定电压，漏极(D)相连接电压VDS ，源极(S)的电流相减为输出电流ID 。外部输入数据X经过DAC(DigitaltoAnalogConverter ，数模转换器)转换为模拟电压VDS ，得到的输出电流经过ADC(AnalogtoDigitalConverter,模数转换器)转换为数字信号输出。可以使用两个工作在线性区的Flash管实现模拟乘法。

文章图片
电压式模拟乘法器结构图
NORFlash相比其他存算结构的优势
Flash器件于1967年被施敏发明，在MOS管的栅极增加一个浮栅，通过改变浮栅中的电荷达到存储数据的目的。经过50多年的发展,浮栅器件的制造工艺已经非常成熟，成品质量稳定。浮栅单元具有密度大，效率高的特点，适合作为实现存算一体架构的介质。

文章图片
存算结构特点对比
相比其他存算结构， NORFlash有两大突出优势。
其一，因为其长期的应用和发展，闪存技术已经非常成熟， NORFlash已被大量应用于手机、BIOS芯片以及嵌入式系统中进行代码存储。美光（Micron)NORFlash产品线总监RichardDeCaro曾表示，在传统的精密电子产品的生产中， NORFlash的作用举足轻重，涵盖了各个细分市场。根据RichardDeCaro的估算，每年NORFlash的出货量超过60亿颗。 NORFlash成本低于其他存算结构，技术成熟，已有量产芯片出现在市场。