Flash闪速存储器--(NAND和NOR比较)

Flash闪速存储器--（NAND和NOR比较）
一、闪速存储器的特点
闪速存储器（FlashMemory）是一类非易失性存储器NVM
（Non-VolatileMemory）即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如DRAM、SRAM这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失。

FlashMemory集其它类非易失性存储器的特点：与EPROM相比较，闪速存储器具有明显的优势——在系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和/或编程操作）；与EEPROM相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。

其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（PDA）。

Flash的技术特点如下：
（1）区块存储单元：在物理结构上分成若干个被称为区块的存储单元，不同区块之间相互独立，每个区块几KB~几十KB。

（2）先擦后写：任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。

（3）位交换：有时一个比特位会发生反转，就是位交换。

（4）区块损坏：使用过程中，某些区块可能会被损坏，区块损坏后就不可修复。

二、闪速存储器的技术分类
全球闪速存储器的主要供应商有AMD、ATMEL、Fujistu、Hitachi、Hyundai、Intel、Micron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP、TOSHIBA，由于各自技术架构的不同，分为几大阵营。

1 NOR技术
NOR技术（亦称为Linear技术）闪速存储器是最早出现的FlashMemory，目前仍是多数供应商支持的技术架构。

它源于传统的EPROM器件，与其它FlashMemory技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程
操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如PC 的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。

NOR技术FlashMemory具有以下特点：（1）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，能快速随机读取，允许系统直接从Flash 中读取代码执行，而无需先将代码下载至RAM中再执行；（2）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擦除操作。

由于NOR技术FlashMemory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR技术显得力不从心。

不过，仍有支持者在以写入为主的应用，如CompactFlash卡中继续看好这种技术。

2 NAND技术
Samsung、TOSHIBA和Fujistu支持NAND技术FlashMemory。

这种结构的闪速存储器适合于纯数据存储和文件存储，主要作为SmartMedia卡、CompactFlash 卡、PCMCIAATA卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。

NAND技术FlashMemory具有以下特点：（1）以页为单位进行读和编程操作，1页为256或512B（字节）；以块为单位进行擦除操作，1块为4K、8K或16KB。

具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是2ms；而NOR技术的块擦除时间达到几百ms。

（2）数据、地址采用同一总线，实现串行读取。

随机读取速度慢且不能按字节随机编程。

（3）芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bitcost)最低的固态存储器，将很快突破每兆字节1美元的价格限制。

（4）芯片包含有失效块，其数目最大可达到3~35块（取决于存储器密度）。

失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。

Samsung公司在1999年底开发出世界上第一颗1GbNAND技术闪速存储器。

据称这种FlashMemory可以存储560张高分辨率的照片或32首CD质量的歌曲，将成为下一代便携式信息产品的理想媒介。

Samsung采用了许多DRAM的工艺技术，包括首次采用0.15μm的制造工艺来生产这颗Flash。

已经批量生产的K9K1208UOM采用0.18μm工艺，存储容量为512Mb。

3 AND技术
AND技术是Hitachi公司的专利技术。

Hitachi和Mitsubishi共同支持AND 技术的FlashMemory。

AND技术与NAND一样采用“大多数完好的存储器”概念，目前，在数据和文档存储领域中是另一种占重要地位的闪速存储技术。

Hitachi和Mitsubishi公司采用0.18μm的制造工艺，并结合MLC技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的512Mb-ANDFlashMemory，再利用双密度封装技术DDP（DoubleDensityPackageTechnology），将2片512Mb 芯片叠加在1片TSOP48的封装内，形成一片1Gb芯片。

HN29V51211T具有突出的低功耗特性，读电流为2mA，待机电流仅为1μA，同时由于其内部存在与块大小一致的内部RAM缓冲区，使得AND技术不像其他采用MLC的闪速存储器技术那
样写入性能严重下降。

Hitachi公司用该芯片制造128MB的MultiMedia卡和2MB 的PC-ATA卡，用于智能电话、个人数字助理、掌上电脑、数字相机、便携式摄像机、便携式音乐播放机等。

4 由EEPROM派生的闪速存储器
EEPROM具有很高的灵活性，可以单字节读写（不需要擦除，可直接改写数据），但存储密度小，单位成本高。

部分制造商生产出另一类以EEPROM做闪速存储阵列的FlashMemory，如ATMEL、SST的小扇区结构闪速存储器（SmallSectorFlashMemory）和ATMEL的海量存储器（Data-FlashMemory）。

这类器件具有EEPROM与NOR技术FlashMemory二者折衷的性能特点：（1）读写的灵活性逊于EEPROM，不能直接改写数据。

在编程之前需要先进行页擦除，但与NOR技术FlashMemory的块结构相比其页尺寸小，具有快速随机读取和快编程、快擦除的特点。

（2）与EEPROM比较，具有明显的成本优势。

（3）存储密度比EEPROM大，但比NOR技术FlashMemory小，如SmallSectorFlashMemory的存储密度可达到4Mb，而32Mb的DataFlashMemory芯片有试用样品提供。

正因为这类器件在性能上的灵活性和成本上的优势，使其在如今闪速存储器市场上仍占有一席之地。

三、发展趋势
存储器的发展都具有更大、更小、更低的趋势，这在闪速存储器行业表现得尤为淋漓尽致。

随着半导体制造工艺的发展，主流闪速存储器厂家采用0.18μm，甚至0.15μm的制造工艺。

借助于先进工艺的优势，FlashMemory的容量可以更大：NOR技术将出现256Mb的器件，NAND和AND技术已经有1Gb的器件；同时芯片的封装尺寸更小：从最初DIP封装，到PSOP、SSOP、TSOP封装，再到BGA封装，FlashMemory已经变得非常纤细小巧；先进的工艺技术也决定了存储器的低电压的特性，从最初12V的编程电压，一步步下降到5V、3.3V、2 7V、1.8V单电压供电。

这符合国际上低功耗的潮流，更促进了便携式产品的发展。

另一方面，新技术、新工艺也推动FlashMemory的位成本大幅度下降：采用NOR技术的Intel公司的28F128J3价格为25美元，NAND技术和AND技术的FlashMemory将突破1MB1美元的价位，使其具有了取代传统磁盘存储器的潜质。

世界闪速存储器市场发展十分迅速，其规模接近DRAM市场的1/4，与DRAM 和SRAM一起成为存储器市场的三大产品。

FlashMemory的迅猛发展归因于资金和技术的投入，高性能低成本的新产品不断涌现，刺激了FlashMemory更广泛的应用，推动了行业的向前发展。

NOR FLASH和NAND FLASH特点
● NOR的读速度比NAND稍快一些。

● NAND的写入速度比NOR快很多。

● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。

● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

接口差别
NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。

NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。

8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。

NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。

容量和成本
NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。

NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、 Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。

软件支持
当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

寿命(耐用性)
在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。

NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。

易于使用
可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。

由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。

各种NAND器件的存取方法因厂家而异。

在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。

向NAND 器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。