Por que a memória flash deve ser gravada / apagada em páginas / blocos?

O título diz tudo.

Estou tentando entender o funcionamento das tecnologias de memória flash, no nível do transistor. Após algumas pesquisas, obtive boas intuições sobre transistores de porta flutuante e como injetar elétrons ou removê-los da célula. Eu sou do CS, então minha compreensão de fenômenos físicos como tunelamento ou injeção de elétrons a quente provavelmente é bastante instável, mas ainda me sinto confortável com isso. Eu também tive uma idéia de como se lê a partir de layouts de memória NOR ou NAND.

Mas eu leio em todos os lugares que a memória flash só pode ser apagada em unidades de bloco e só pode ser gravada em unidades de página. No entanto, não encontrei justificativa para essa limitação e estou tentando obter uma intuição sobre o motivo.

A melhor resposta que encontrei para sua pergunta é abordada em Como funciona a memória Flash, onde diz:

Os elétrons nas células de um chip de memória flash podem retornar ao normal ("1") pela aplicação de um campo elétrico, uma carga de voltagem mais alta. A memória flash utiliza fiação no circuito para aplicar o campo elétrico a todo o chip ou a seções predeterminadas conhecidas como blocos. Isso apaga a área alvo do chip, que pode ser reescrita. A memória flash funciona muito mais rápido que as EEPROMs tradicionais porque, em vez de apagar um byte de cada vez, apaga um bloco ou todo o chip e depois o reescreve.

Não entendo por que a "fiação no circuito" permite a programação no nível de bit (alternando de 1 a 0), mas pode estar relacionada à maneira como as transições 1 a 0 são executadas (programação via injeção a quente) em comparação com 0 para 1 transição (apagamento via tunelamento Fowler-Nordheim).

É por definição. Uma memória flash que permite escrever bits individuais é chamada EEPROM .

O Flash difere da EEPROM, pois as apagamentos são feitas em blocos, em vez de bits individuais. Como a exclusão é uma operação relativamente lenta e deve ser feita antes da gravação, a execução de uma exclusão em um bloco grande torna as operações de gravação grandes mais rápidas, devido à exclusão de um grande número de bits em paralelo.

Apagar blocos também permite simplificações ao IC, reduzindo custos. Economias de escala reduzem ainda mais o custo do flash sobre a EEPROM, uma vez que o flash é usado em grandes quantidades atualmente em unidades de disco de estado sólido, enquanto a EEPROM é usada em quantidades muito menores.

Você está certo no fato de que não há justificativa física para ter que apagar em unidades de bloco.

A programação de uma célula é feita através da criação de um campo elétrico entre o volume e a porta de controle, como mostrado na fig1, e a mesma idéia é válida para apagar a célula, um campo elétrico na direção oposta faria o trabalho, como mostrado na fig2. No entanto, por razões construtivas, é relativamente complexo gerar e usar a tensão negativa; portanto, a estratégia usada é a mostrada na fig3, definindo uma alta tensão no volume (que é a referência lógica de aterramento no setor). Os transistores de seleção não podem mais ser usados, apenas as portas de controle podem ser reduzidas e isso força uma exclusão total do setor.