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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

2 NAND 技术

NAND

Samsung 、 TOSHIBA 和 Fujistu 支持NAND 技术Flash Memory 。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、 PCMCIA ATA 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 Flash Memory 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 (bit cost) 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******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 1Gb NAND 技术闪速存储器。据称这种 Flash Memory 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 。

UltraNAND

AMD 与 Fujistu 共同推出的 UltraNAND 技术,称之为先进的 NAND 闪速存储器技术。它与 NAND 标准兼容:拥有比 NAND 技术更高等级的可靠性;可用来存储代码,从而首次在代码存储的应用中体现出 NAND 技术的成本优势;它没有失效块,因此不用系统级的查错和校正功能,能更有效地利用存储器容量。

   与 DINOR 技术一样,尽管 UltraNAND 技术具有优势,但在当前的市场上仍以 NAND 技术为主流。 UltraNAND 家族的第一个成员是 AM30LV0064 ,采用 0.25μm 制造工艺,没有失效块,可在至少 104 次擦写周期中实现无差错操作,适用于要求高可靠性的场合,如电信和网络系统、个人数字助理、固态盘驱动器等。研制中的 AM30LV0128 容量达到 128Mb ,而在 AMD 的计划中 UltraNAND 技术 Flash Memory 将突破每兆字节 1 美元的价格限制,更显示出它对于 NOR 技术的价格优势。

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 Flash Memory 。 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-AND Flash Memory ,再利用双密度封装技术 DDP ( Double Density Package Technology ),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 Flash Memory ,如 ATMEL 、 SST 的小扇区结构闪速存储器( Small Sector Flash Memory )和 ATMEL 的海量存储器( Data-Flash Memory )。这类器件具有 EEPROM 与 NOR 技术 Flash Memory 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 Flash Memory 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 Flash Memory 小,如 Small Sector Flash Memory 的存储密度可达到 4Mb ,而 32Mb 的 DataFlash Memory 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。

Small Sector Flash Memory 采用并行数据总线和页结构( 1 页为 128 或 256B ),对页执行读写操作,因而既具有 NOR 技术快速随机读取的优势,又没有其编程和擦除功能的缺陷,适合代码存储和小容量的数据存储,广泛地用以替代 EPROM 。

DataFlash Memory 是 ATMEL 的专利产品,采用 SPI 串行接口,只能依次读取数据,但有利于降低成本、增加系统的可靠性、缩小封装尺寸。主存储区采取页结构。主存储区与串行接口之间有 2 个与页大小一致的 SRAM 数据缓冲区。特殊的结构决定它存在多条读写通道:既可直接从主存储区读,又可通过缓冲区从主存储区读或向主存储区写,两个缓冲区之间可以相互读或写,主存储区还可借助缓冲区进行数据比较。适合于诸如答录机、寻呼机、数字相机等能接受串行接口和较慢读取速度的数据或文件存储应用。

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, Flash Memory 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, Flash Memory 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。

 

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