SLC和MLC闪存nand flsah的区别和历史

SLC和MLC闪存nand flsah的区别和历史

Flash闪存是非易失性存储器，这是相对于SDRAM等存储器所说的。即存储器断电后，内部的数据仍然可以保存。Flash根据技术方式分为Nand 、Nor Flash和AG-AND Flash，而U盘和MP3中最常用的内存就是Nand Flash。

Nand Flash也有几种，根据技术方式，分为SLC、MCL、MirrorBit等三种。SLC是Single level cell的缩写，意为每个存储单元中只有1bit数据。而MLC就是Multi-Level-Cell，意为该技术允许2 bit的数据存储在一个存储单元当中。而MirrorBit则是每个存储单元中只有4bit 数据。

SLC的技术存储比较稳定，SLC的技术也最为成熟。然而MLC可以在一个单元中有2bit 数据，这样同样大小的晶圆就可以存放更多的数据，也就是成本相同的情况下，容量可以做的更大，这也是同样容量，MLC价格比SLC低很多的原因。通常情况下相同容量的MLC和SLC，MLC的价格比SLC低30％~40%，有些甚至更低。

区分SLC(停产)和MLC（现在主流，分新老制程，60NM 和56/50NM ）

1、看Flash的型号：根据Flash的命名规则，进行区分。

2、测试读写速度：SLC的非常快，MLC的很慢。

SLC闪存：即单层式储存 (Single Level Cell；SLC)，包括三星电子、Hynix、美光（Micron）以及东芝都是此技术使用者

MLC闪存：多层式储存（Multi Level Cell；MLC)，目前有东芝、Renesas、三星使用，英飞凌（Infineon）与Saifun Semiconductors合资利用NROM技术所共同开发的多位储存（Multi Bit Cell；MBC）。MLC是英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功的，其作用是将两个单位的信息存入一个Floating Gate，闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，透过内存储存的电压控制精准读写，假设以4种电压控制、1个晶体管可存取2bits的数据，若是控制8种电压就可以存取3 bits的数据，使Flash 的容量大幅提升，类似Rambus的QRSL技术，通过精确控制Floating Gat上的电荷数量，使其呈现出4种不同的存储状态，每种状态代表两个二进制数值（从00到11）。

三星与东芝这两家Flash(闪存)制造商长期统治着快速增长的NAND Flash市场。其中三星属于最大的玩家，不断采用先进工艺尺寸，以维持竞争优势。本次主要对这两家公司的最新闪存进行比较，同时也兼顾与Hynix、美光和英特尔等公司的比照。

从历史来看，三星将研发重点集中在了单层单元(SLC)上。SLC架构中每个闪存单元只能存储1个比特的信息。而东芝在转向先进工艺技术方面同样积极，不过其竞争优势在于多层单元(NAND闪存方面的设计经验和能力。MLC闪存在每个存储单元存储2个比特的信息，使得东芝可在给定面积的硅片上存储更多的比特信息，并在存储器尺寸既定的情况下降低生产成本。因此，尽管东芝在工艺技术上可能落后于三星，但在裸片密度上仍是领跑者。

东芝的MLC闪存已经历经数代，其中包括新近发布的采用70nm工艺的8Gb闪存。2005年，东芝曾采用90nm技术与三星的73nm技术展开肉搏。东芝90nm MLC闪存的比特密度为29Mb/mm2，远远高于三星73nm闪存的25.8Mb/mm2的比特密度。

在存储密度固定时，东芝甚至拥有比三星更小的裸片尺寸。例如，东芝90nm工艺生产的4Gb NAND闪存的裸片尺寸为138mmsup>2，与之相比，三星73nm工艺生产的4Gb NAND闪存尺寸则为156mmsup>2。这使得东芝在成本方面更具竞争力。在用于文件存储方面，NAND闪存不可避免地面临价格战，我们也常常听到，只有价格领导者才会赢得iPod设计中标。

虽然MLC在某些方面获得相当的认可，但如今对闪存芯片的狂热需求模糊了业界的视线。存储卡制造商需要价格低廉的芯片，但他们也需要稳定的供货。正是基于这个原因，据报道，去年Kingston已就购买SLC芯片作为第二货源与三星进行了商谈。他们商讨该协议时，全然

不顾MLC方案的成本比SLC要低30%。

长期以来，三星都在鼓吹SLC而非MLC型NAND闪存，不过2004年和2005年该公司提交给国际固态电路大会(ISSCC)上提交的MLC技术论文，标志着该公司的观点发生了变化。虽然在三星的网站上仍旧没有任何有关MLC闪存的营销信息，但该公司的确已生产出了4Gb MLC NAND闪存芯片。虽然我们已对该芯片的样品进行了分析，但要在市场中找到其样品仍旧非常困难。其裸片尺寸是156mm2，同东芝采用90nm工艺的MLC型4Gb NAND闪存相比，还是大了18mm2，因此要能与东芝相匹敌，三星在其下一代NAND MLC技术上还需要改进。

除了三星，Hynix等其他存储器制造商也在向MLC闪存迈进。虽然东芝凭借多年的技术积累而在MLC技术上占据优势，但英特尔与美光科技的合资企业IM Flash也有能力结合英特尔MLC技术与美光的NAND闪存，从而在MLC型NAND闪存领域迅猛发展。

MLC闪存技术并非没有不足，实际上，在采用先进工艺生产MLC闪存方面困难重重。随着闪存技术的演进，在浮动栅(floating gate)中存储的电荷总量减少了，使得检测存储的信息变得更加困难，尤其是对MLC芯片而言，它需要识别四个电压值，而非两个。尽管如此，据报道，东芝在70nm工艺中能够保证采用与90nm技术相同的代码纠错方案。这显示该公司并没有放慢MLC技术缩放的步伐，最少是就现在而言。

此外，与SLC闪存相比，MLC闪存在可靠性方面存在不足。虽然对于消费者而言，可靠性不是他们关注的核心问题，但在其它消费市场却显然是一个弊端。

三星正准备推出采用65nm工艺的4Gb SLC NAND闪存，其尺寸比采用73nm工艺的器件稍为紧凑。由此引发的问题是：在工艺缩放方面是否已经无计可施了？

如果实际情况真的如此，那么情况显得对东芝更为有利，因为目前它已经生产出70nm 工艺的MLC闪存。作为权宜之计，三星转向65nm工艺的芯片或许能够立马同东芝的90nm MLC 竞争。但是东芝的70nm工艺8Gb MLC技术已取得重大成就，实现了56.5Mb/mm2的比特密度，比三星65nm工艺31.3Mb/mm2的额定比特密度要高出80%。一些并非出自东芝公司的报告暗示，该公司将会跨过65nm工艺，直接转到50-60nm线宽的16Gb闪存。当然，在成功实现低于65nm线宽的工艺，仍有一些技术障碍有待克服。

闪存器件的工艺缩放并非易事，过去业界曾多次出现过闪存走向终结的预言。然而国际半导体技术路线图(ITRS)显示，在32nm工艺节点出现之前，在所有赌注似乎仍然都压在闪存而非任何新型替换品上。

有必要使在每个单元中所存储的比特数翻番，使得浮动栅技术继续前进，而这很可能推动闪存首个替代物面市，诸如相变存储器(PCM)。但是目前闪存供应商首先必须克服现有的缩放挑战，其中包括这样一些关键领域：单元校准(cell alignment)、隧道氧化层、多晶硅层间介电质(interpoly dielectirc)、相邻单元耦合和高压晶体管设计。

缩放挑战

随着芯片尺寸缩小，改进图层之间的校准颇受关注。更小的芯片需要更低的操作电压，反过来也推动了更薄隧道电介质的需求，以将电荷传输至浮动栅或传输出浮动栅，但问题是，电介层较薄的话，可靠性就较低。

在先进的工艺尺寸中，一个浮动栅的活动区域对存储单元晶体管的影响较小，但从控制到浮动栅的耦合比例需要保持恒定。所以，需要更薄的多晶硅层间介电质(IPD)。

在有两种介电质情况下，介电常数更高(higher-k)的材料能减少有效电荷厚度，同时具有更大的物理厚度，并能维护更高的可靠性。然而，采用新型材料会给自身带来挑战，存储单元封装得更加紧密，会增加风险，导致一个浮动栅上的电荷会影响相邻存储单元的操作。最后，闪存的操作依赖于较高电压来写入或擦除存储单元。需要在给定硅片面积条件且无损存储单元效率的条件下，设计和应用能够转换电压的控制晶体管。

东芝的新型芯片集成了很多有趣的特性。当然，基本的存储单元结构已经缩降至90nm