新闻 | 天津 | 民生 | 广电 | 津抖云 | 微视 | 读图 | 文娱 | 体育 | 图事 | 理论 | 志愿 | 专题 | 工作室 | 不良信息举报
教育 | 健康 | 财经 | 地产 | 天津通 | 旅游 | 时尚 | 购物 | 汽车 | IT | 亲子 | 会计 | 访谈 | 场景秀 | 发布系统

"津云"客户端
  您当前的位置 : 北方网  >  IT浪潮  >  北方学院  >  存储设备  >  综述
关键词:

闪存的一些基本概念及其技术融合趋势[图]


http://www.enorth.com.cn  2006-04-11 15:37

  为了提高竞争力,各大半导体厂商都会尽一切努力进行新技术的研发,开发出高速度、大容量、高可靠性以及低功耗、低成本的产品成为各个厂商的共同目标,NAND与NOR的融合也被业界普遍认为是未来的趋势。

  受益于消费电子产品的旺盛需求,Flash闪存已取代RAM成为存储器家族中最主要的力量,市场规模高速扩张,三星、英特尔、Spansion等半导体厂商也成为最大的受益者。根据逻辑结构的不同,Flash闪存主要可分为NAND和NOR型两种,前者可提供更大的容量,但不支持代码本地执行,读速度也较慢(但写入速度较快);而NOR型闪存支持代码本地运行,读速度也稍快(写入速度稍慢),但主要缺点在于很难实现较高的存储密度。不同的特性让这两者分别属于不同的市场:NAND广泛用于数据存储相关的领域,如移动存储产品、各种类型的闪存卡、音乐播放器等,而NOR型闪存主要用于手机、掌上电脑等需要直接运行代码的场合。两者一向泾渭分明、互不干扰。

  不过,由于手机市场起步较早(1999年开始全球流行)、整体规模很大,NOR闪存也就长期居于主导地位,出货量占据闪存整体份额的60%以上;NAND闪存虽然应用领域更为广泛,但受累于数码产品的用户群较小,整体规模反而不如NOR闪存。然而,近两年此种格局悄悄发生了逆转:应用的成熟与价格平民化让数码相机、音乐播放器、移动存储器快速向主流人群普及,大容量NAND闪存的需求也因此极其强劲,受益于此,NAND闪存市场一直呈现高速增长态势。但与之形成鲜明对比的是,手机产品从2004下半年开始就陷入相对低迷状态,致使NOR闪存需求的增速减缓。此消彼涨,NAND闪存的市场规模在2005年最终超过NOR成为闪存家族中的主力军,而掌上电子产品的功能日趋强大,对大存储容量的要求如饥似渴,业界普遍认为NAND的发展潜力将远高于NOR型闪存,并将击败后者成为闪存家族中的绝对主导。

  然而,NAND闪存要完全替代NOR闪存并不现实,虽然它的容量远大于NOR,但NAND低速、不够可靠、无法支持代码本地执行的先天缺陷一直难以克服。如果在手机、掌上电脑产品中只采用NAND,将会出现系统启动速度慢、较容易死机的严重问题,也正因为如此,NOR的地位依然十分稳固。而许多设备厂商为了在自己的产品中提供较强的数据存储功能,往往采用同时集成NOR(用于运行本地程序)、RAM(用于装载程序运行的数据)以及NAND(用于个人数据的存放)三种不同类型的存储器件,但此种方案不仅设计复杂,产品的成本也比较高,不利于推广。至于闪存厂商对NAND、NOR之间的壁垒也甚为不满,多数闪存厂商都希望自己的产品能够满足全方位的需求,以此获取更大的市场份额。开发两者相融合的新型闪存技术就成为业界共识,在这方面,三星与Spansion走在前面。以NAND业务为主的三星公司在2003年提出OneNAND技术方案,兼顾NAND高容量和NOR快速等优点,希望籍此从NOR闪存厂商手中抢夺市场份额;而只有NOR业务的Spansion(AMD与富士通闪存业务的合资公司,NOR闪存的第二大厂)也在2004年提出功能类似的ORNAND技术,希望能够从NAND市场的高增长中分享成果。这样,新一代闪存市场将形成三星OneNAND与Spansion ORNAND对垒的局面。尽管这两项技术提出已久,但在近两年来它们一直都有新的技术发展,OEM市场也从2005年下半年开始逐步接受,业界认为这两者有希望与传统的NAND、NOR共存,成为闪存家族的又一大主力,这也是我们直到现在才介绍这两项技术的主要理由。

  闪存的一些基本概念

  在介绍OneNAND和ORNAND之前,我们非常有必要对NAND、NOR闪存的技术差异和应用作进一步的探讨。

  NAND、NOR闪存的基本原理

  无论NAND还是NOR,都是闪存(Flash Memory)家族中的成员,两者在基本的数据存储方式和操作机理上都完全相同。闪存以单晶体管作为二进制信号的存储单元,它的结构与普通的半导体晶体管(场效应管)非常类似,区别在于闪存的晶体管加入了“浮动栅(floating gate)”和“控制栅(Control gate)”—前者用于贮存电子,表面被一层硅氧化物绝缘体所包覆,并通过电容与控制栅相耦合。当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时,该NAND单晶体管的存储状态就由1变成0。相对来说,当负电子从浮动栅中移走后,存储状态就由0变成1;而包覆在浮动栅表面的绝缘体的作用就是将内部的电子“困住”,达到保存数据的目的。如果要写入数据,就必须将浮动栅中的负电子全部移走,令目标存储区域都处于1状态,这样只有遇到数据0时才发生写入动作—但这个过程需要耗费不短的时间,导致不管是NAND还是NOR型闪存,其写入速度总是慢于数据读取的速度。

  虽然基本原理相同,但闪存可以有不同的电荷生成与存储方案。其中应用最广泛的是“通道热电子编程(Channel Hot Electron,CHE)”,该方法通过对控制栅施加高电压,使传导电子在电场的作用下突破绝缘体的屏障进入到浮动栅内部,反之亦然,以此来完成写入或者抹除动作;另一种方法被称为“Fowler-Nordheim(FN)隧道效应法”,它是直接在绝缘层两侧施加高电压形成高强度电场,帮助电子穿越氧化层通道进出浮动栅。NOR闪存同时使用上述两种方法,CHE用于数据写入,支持单字节或单字编程;FN法则用于擦除,但NOR不能单字节擦除,必须以块为单位或对整片区域执行擦除操作,由于擦除和编程速度慢、块尺寸也较大,使得NOR闪存在擦除和编程操作中所花费的时间很长,无法胜任纯数据存储和文件存储之类的应用,但它的优点是可支持代码本地直接运行;其次,NOR闪存采用随机存储方式,设备可以直接存取任意区域的数据,因此NOR闪存底部有大量的信号引脚,且每个单晶体管都需要辅助读写的逻辑,晶体管利用效率较低、容量不占优势。而NAND闪存采用FN法写入和擦除,且采用一种“页面-块”寻址的统一存储方式,单晶体管的结构相对简单,存储密度较高,擦除动作很快,但缺陷在于读出性能平平且不支持代码本地执行。另一个不可忽视的地方在于,NAND闪存很容易出现坏块,制造商通过虚拟映射的方式将其屏蔽,这一点很类似于硬盘。

  目前,NOR阵营的厂商主要有英特尔与Spansion,后者为AMD与富士通闪存部门合并成立的新企业,英特尔目前的市场份额稍高,而Spansion则在技术上具有一定的优势,该公司在2005年10月份推出1Gb容量的NOR闪存,创下NOR的最高容量记录。NAND领域的半导体厂商主要包括三星、现代(Hynix)、东芝、美国IM快闪科技(英特尔与美光科技近日成立的合资公司)等,其中三星占据的份额超过50%,居绝对的领先地位,该公司在2005年9月份推出16Gb密度的NAND闪存,但要等到今年下半年才有机会进入实质性的量产阶段。

  图1 Flash闪存的基本存储单元(Cell)结构示意

  OEM厂商采用的应用方案

  NOR与NAND的不同特性决定了两者不可能取代对方。在NAND虎视眈眈的手机领域,各厂商传统上只有NOR+RAM、NOR+NAND+RAM两种组合模式,它们都是采用NOR作为程序存储及执行的器件,RAM则用于存放运行过程中要用到的数据。由于NOR可以直接执行代码,无需动用RAM资源,使得对应的手机产品具有启动速度快、操作反应灵敏、功耗低等优点。其中,NOR+RAM多见于欧美品牌、注重商务功能的手机产品中,而NOR+NAND+RAM方案多出了NAND闪存作为图像、音频、个人数据的存储器件,多见于日系品牌的高端手机和音乐手机产品中。由于娱乐型手机发展前景看好,控制芯片厂商也普遍在新一代产品中集成了NAND控制功能,这对于NAND的应用非常有助益。

  然而,NAND阵营显然不满足于此,为了全盘取代NOR,NAND阵营的半导体厂商一直在鼓吹NAND+RAM方案,它的组成架构非常类似于电脑中的硬盘和内存。NAND用于存储系统程序,采用“代码映射(ode shadowing)”技术运行,也就是代码和数据都必须载入到RAM后方可执行。此种架构乍看起来似乎没什么问题,但代码映射架构要求在NAND和RAM之间进行大量的代码复制工作,性能无法得到保证,且代码映射带来的高功耗也是一个大问题。采用此种架构的手机产品普遍存在开机短暂暗屏(代码载入时手机不可操作)、系统操作反应迟滞、电池使用时间不够长等弊病,加之NAND一旦出现坏区,系统就有可能出现运行故障,用户自身又很难修复。尽管NAND阵营的支持者一直强调NAND在容量和写入速度方面的优势,但在上述问题得到最终克服之前,手机厂商显然不怎么乐意采用这样的方案,这也是NAND阵营在进入手机市场方面一直雷声大、雨点小的主要缘由。而对三星公司来说,传统型NAND既然无力直接取代NOR,寄希望给OneNAND再自然不过,而事实上,OneNAND也具有这样的潜力。

[1]  [2]  [3]  下一页  尾页
编辑:赵国栋
[进入IT论坛]
请您文明上网、理性发言并遵守相关规定,在注册后发表评论。
 北方网精彩内容推荐
无标题文档
天津民生资讯
天气交通 天津福彩 每月影讯 二手市场
空气质量 天津股票 广播节目 二手房源
失物招领 股市大擂台 天视节目 每日房价
热点专题
北京奥运圣火传递和谐之旅 迎奥运 讲文明 树新风
解放思想 干事创业 科学发展 同在一方热土 共建美好家园
2008天津夏季达沃斯论坛 《今日股市观察》视频
北方网网络相声频道在线收听 2008高考招生简章 复习冲刺
天津自然博物馆馆藏精品展示 2008年天津中考问题解答
带你了解08春夏服饰流行趋势 完美塑身 舞动肚皮舞(视频)
C-NCAP碰撞试验—雪佛兰景程 特殊时期善待自己 孕期检查
热点新闻排行 财经 体育 娱乐 汽车 IT 时尚 健康 教育

Copyright (C) 2000-2021 Enorth.com.cn, Tianjin ENORTH NETNEWS Co.,LTD.All rights reserved
本网站由天津北方网版权所有