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三星OneNAND技术
OneNAND结合了NAND存储密度高、写入速度快和NOR读取速度快的优点，整体性能完全超越常规的NAND和NOR。除了下一代移动电话外，OneNAND面向的市场还包括数字电视、嵌入式设备、数码相机、便携GPS设备等等，不过三星并不是希望它快速取代传统的NAND，而是将其作为NOR的竞争者。在具体实现上，OneNAND其实并不复杂，三星并不是采用另起炉灶的方式来设计它，而是巧妙地将NAND与NOR的结构融为一体。OneNAND采用NAND逻辑结构的存储内核和NOR的控制接口，并直接在系统内整合一定容量SRAM静态随即存储器作为高速缓冲区。这样，OneNAND就可以在容量指标上与NAND闪存靠拢，目前它的最高密度指标达到4Gb，虽然在容量上略不如NAND但比NOR闪存要高出许多。为满足不同层次的需求，三星还推出包括512Mb、1Gb和2Gb的多种容量供选择。
图2三星OneNAND闪存的逻辑构成
OneNAND的特点
NAND内核并不具备本地执行代码(XIP)的能力，但这项功能对各种需要快速程序运行终端设备来说非常重要。三星作出的解决办法就是依靠高速SRAM缓存—在存储器家族中，SRAM(静态随机存储器)的读写速度最快，CPU内的L1 Cache和L2 Cache采用的就是SRAM逻辑，可具备与CPU等速运行的能力。当OneNAND执行程序时，代码必须从OneNAND存储核心载入到SRAM，然后在SRAM上执行。由于SRAM的速度优势，数据载入动作几乎可以在瞬间完成，用户感觉不到迟滞现象，加上SRAM被直接封装在OneNAND芯片内部，外界看起来就好像是OneNAND也具备程序的本地执行功能。这种工作模式非常巧妙，并可收到与NOR相同的效果，但缺点是SRAM逻辑的晶体管利用效率非常低，无法实现较大的容量，三星在OneNAND中只是集成1KB容量的SRAM，因此OneNAND暂时只支持1KB代码长度的XIP—在这方面，OneNAND显然还无法与NOR闪存相媲美。
不过，OneNAND的读写性能相当出众，三星最新的OneNAND产品拥有高达108MBps的数据读取带宽，这已达到与NOR闪存相当的水准—这个速度也远远超过了现在的7200转桌面硬盘。相比之下，常规NAND闪存的读取性能只有区区17MBps，两者存在巨大的性能差异。其次，OneNAND的数据写入速度达到9.3MBps，虽然远远不如108MBps的读取速度，但相比NAND闪存的6.8MBps也已经有长足的进步了。与之形成鲜明对比的是，NOR闪存的写入速度只有可怜的0.14MBps，几乎称得上是慢如蜗牛。在数据擦除方面，OneNAND与NAND的指标相同，都达到64MBps，而NOR闪存更只有区区0.11MBps，与前两者完全无法相比。从性能角度来看，OneNAND无论读、写还是擦除都明显凌驾于NAND之上，NOR在写入/擦除方面的性能与之根本不具可比性，对嵌入式设备厂商来说，选择简单的OneNAND来代替NOR+NAND组合的方案是非常可行的。
由于OneNAND采用与NAND相同的存储内核，它也会遭遇存储坏块的问题。如果只是用在数据存储，这个问题似乎没什么大不了，但OneNAND必须用于系统代码的装载和执行，一旦出现存储坏区且该区正在执行代码访问，造成的后果便是设备死机或者关机，这其实也是NAND进入NOR应用领域的主要障碍。为了解决这个难题，三星公司为OneNAND闪存量身定做了一款名为“Datalight OneBoot”的嵌入式控制软件。Datalight OneBoot具有高度灵活的特性，可被简单地整合到各种类型的嵌入式系统中。在实际运行时，OneBoot允许设备像使用硬盘一样来调用OneNAND资源，读写操作的具体算法由OneBoot在底层直接实现。而在关键的坏块管理上，OneBoot通过实时扫描、瞬间屏蔽的方式来隐藏坏块。扫描工作一般在系统闲置时进行，如果OneBoot检测到存储区的某处存在坏块，那么OneBoot就对该区域作上标注，将坏块屏蔽起来，这样代码运行或数据读写时就不会访问到这个区域，保证系统运行及个人数据存储的可靠性。这种机制非常有效，往往是坏块刚刚产生就被OneBoot检测到并屏蔽，没有什么机会被程序或用户所访问。因此尽管OneNAND仍在物理上具备类似NAND的不可靠性缺陷，但三星的OneBoot嵌入式控制软件在很大程度上可以将之消除，该套系统的可靠性完全可以同搭载NOR闪存的系统相媲美。为了让OneNAND能进入更多领域，三星还在OneBoot基础上发展出增强的“OneBoot+File”技术，后者除了具备OneBoot所有的功能特性外，还能够明显加快系统的启动速度。OneBoot+File的启动加速技术有些类似于计算机的“休眠”，它在运行时可以自动保存系统的工作状态，在下一次启动时直接从该状态恢复。三星表示，采用OneBoot+File控制软件，系统的启动速度可比常规方式快出88%，几乎是即开即用。鉴于掌上设备日趋复杂化，软件功能增加，启动时间也相应延长，而选择三星的OneNAND闪存与OneBoot+File控制软件方案可很好缓解这些问题，这在智能手机、掌上电脑、高性能数码相机等产品中尤其具有积极意义。
OneNAND的四套应用方案
为了让OneNAND可进入多个领域，三星总共提出了四套不同的OneNAND应用架构，分别针对手机、数码相机/数码摄像机、数字电视/数字机顶盒以及大容量的硬盘MP3播放器，下面我们将分别对此进行分析。
手机平台如前所述，现阶段手机一般采用NOR＋NAND＋RAM的方式，由于NOR必须装载系统软件，需要使用较大的容量。引入OneNAND闪存之后，手机厂商可以先选择NOR＋OneNAND＋RAM的混合模式，其中OneNAND可存放代码运行的中间数据，这样手机厂商就可以适当削减NOR闪存的容量以降低成本。等到时机成熟，手机厂商完全可以将NOR移除，构成由OneNAND+RAM的简单方案。在这套系统中，OneNAND闪存既可以承担系统程序运行职能，也将用于数据存储，由于结构简单，手机厂商可以实现产品的轻薄化并使成本得到有效控制。
数码相机/数码摄像机平台现有的数码相机/数码摄像机产品的存储系统一般由“NOR＋SDRAM＋NAND闪存卡”构成。NOR用于存放数码相机/摄像机的嵌入式程序，用户拍摄生成的照片或者视频则必须存储在专门的闪存卡中。如果厂商愿意选择OneNAND，那么该平台的存储架构将变成“OneNAND+SDRAM”——OneNAND具有较大的容量，可在一定程度承担起用户数据存储职能，厂商只要在产品设计一个闪存卡接口即可，如果用户有扩展容量的需要，可自行到市面上购买相应标准的闪存卡。对数码相机/摄像机厂商来说，采用OneNAND同样可以降低产品的制造成本，而用户也可具有更高的自主性，至少不必担忧自己购买大容量闪存卡之后，原先标配的小容量闪存卡就派不上用场。
数字电视/机顶盒平台该平台目前多采用NOR＋DDR SDRAM存储方案，NOR用于存储嵌入式系统，DDR内存则用于装载生成的数字电视图像。厂商可以直接用OneNAND闪存来代替NOR。由于OneNAND有较大的容量，读写速度快，可以存放诸如节目列表、节目记录以及用户截取的电视图像，厂商可以籍此提高产品的人性化功能，增强自身的竞争力。
硬盘MP3播放器iPod的全球流行引发MP3播放器的热潮，尤其是拥有大容量硬盘的产品更是受到广大用户的青睐。目前硬盘MP3播放器多采用“小容量NOR＋DRAM＋硬盘”的存储方案，NOR只能用于存放播放器的操作系统软件，而DRAM必须在暂存程序数据的同时，存放用户的音乐文件列表。由于DRAM无法在掉电状态下保存数据，因此为了保存用户的音乐文件列表就必须对DRAM作不断的刷新，且要求DRAM具有较高的容量。这些因素都将导致系统能耗提升，电池使用时间缩短。如果厂商以大容量的OneNAND来代替NOR，那么音乐文件列表就可以被存放在OneNAND闪存中，DRAM的工作负荷大大减轻，对容量要求也不那么严格，该部分的能耗就可被有效降低。三星详细列出这两种方案的能耗对比：在NOR＋DRAM的传统组合中，DRAM(512Mb)要求有200uA的电流供应，而在OneNAND+DRAM的新方案中，DRAM(只需64Mb)系统只要求90uA的电流，后者在整体上明显要更为节能。
图3 OneNAND取代NOR在手机平台中的应用
图4 OneNAND取代NOR在数码相机/摄像机平台中的应用
图5 OneNAND取代NOR在数字电视/机顶盒中的应用
图6 OneNAND取代NOR在硬盘MP3播放器中的应用
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