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闪速存储器技术现状及发展趋势

作者:湖南计算机股份有限公司 李力 1  2  3     下载pdf版
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要: 主要介绍闪速存储器的特点、技术分类及其发展趋势 , 其中包括闪速存储器的制造工艺、供电、读写操作、擦除次数、功耗等性能比较。

关键词: 闪速存储器 NOR技术 DINOR技术 NAND技术 UltraNAND技术

一、 闪速存储器的特点

   闪速存储器( Flash Memory )是一类非易失性存储器 NVM ( Non-Volatile Memory )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。 Flash Memory 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 )。

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

NOR 技术(亦称为 Linear 技术)闪速存储器是最早出现的Flash Memory ,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Flash Memory 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Flash Memory 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 Flash Memory 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。

Intel 公司的 StrataFlash 家族中的最新成员 ——28F128J3 ,是迄今为止采用 NOR 技术生产的存储容量最大的闪速存储器件,达到 128Mb (位),对于要求程序和数据存储在同一芯片中的主流应用是一种较理想的选择。该芯片采用 0.25μm 制造工艺,同时采用了支持高存储容量和低成本的 MLC 技术。所谓 MLC 技术(多级单元技术)是指通过向多晶硅浮栅极充电至不同的电平来对应不同的阈电压,代表不同的数据,在每个存储单元中设有 4 个阈电压( 00/01/10 /11 ),因此可以存储 2b 信息;而传统技术中,每个存储单元只有 2 个阈电压( 0/1 ),只能存储 1b 信息。在相同的空间中提供双倍的存储容量,是以降低写性能为代价的。 Intel 通过采用称为 VFM (虚拟小块文件管理器)的软件方法将大存储块视为小扇区来管理和操作,在一定程度上改善了写性能,使之也能应用于数据存储中。

DINOR

DINOR(Divided bit-line NOR) 技术是 Mitsubishi 与 Hitachi 公司发展的专利技术,从一定程度上改善了 NOR 技术在写性能上的不足。 DINOR 技术 Flash Memory 和 NOR 技术一样具有快速随机读取的功能,按字节随机编程的速度略低于 NOR ,而块擦除速度快于 NOR 。这是因为 NOR 技术 Flash Memory 编程时,存储单元内部电荷向晶体管阵列的浮栅极移动,电荷聚集,从而使电位从 1 变为 0 ;擦除时,将浮栅极上聚集的电荷移开,使电位从 0 变为 1 。而 DINOR 技术 Flash Memory 在编程和擦除操作时电荷移动方向与前者相反。 DINOR 技术 Flash Memory 在执行擦除操作时无须对页进行预编程,且编程操作所需电压低于擦除操作所需电压,这与 NOR 技术相反。

   尽管 DINOR 技术具有针对 NOR 技术的优势,但由于自身技术和工艺等因素的限制,在当前闪速存储器市场中,它仍不具备与发展数十年,技术、工艺日趋成熟的 NOR 技术相抗衡的能力。目前 DINOR 技术 Flash Memory 的最大容量达到 64Mb 。 Mitsubishi 公司推出的 DINOR 技术器件 ——M5M29GB/T320 ,采用 Mitsubishi 和 Hitachi 的专利 BGO 技术,将闪速存储器分为四个存储区,在向其中任何一个存储区进行编程或擦除操作的同时,可以对其它三个存储区中的一个进行读操作,用硬件方式实现了在读操作的同时进行编程和擦除操作,而无须外接 EEPROM 。由于有多条存取通道,因而提高了系统速度。该芯片采用 0.25μm 制造工艺,不仅快速读取速度达到 80ns ,而且拥有先进的省电性能。在待机和自动省电模式下仅有 033μW 功耗,当任何地址线或片使能信号 200ns 保持不变时,即进入自动省电模式。对于功耗有严格限制和有快速读取要求的应用,如数字蜂窝电话、汽车导航和全球定位系统、掌上电脑和顶置盒、便携式电脑、个人数字助理、无线通信等领域中可以一展身手。

 

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