什么是閃存?

閃存是一種非易失性、可編程、基于芯片的高速存儲(chǔ)技術(shù)，即使斷電也能保留數(shù)據(jù)。閃存主要有兩種類(lèi)型：分別是NAND和NOR。

閃存的基本原理

存儲(chǔ)單元及相關(guān)操作傳統(tǒng) 2D閃存的浮柵品體管，在源極(Source)和極(Drain)之間電流單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成存儲(chǔ)電子的浮柵，它使用導(dǎo)體材料，上下被絕緣層包圍，存儲(chǔ)在浮柵極的電子不會(huì)因?yàn)榈綦姸?。我們把浮柵極里面沒(méi)有電子的狀態(tài)用“1”來(lái)表示，存儲(chǔ)一定量電子的狀態(tài)用“0”表示，就能用浮柵晶體管來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了:初始清空浮柵極里面的電子(通過(guò)擦除操作)，當(dāng)需要寫(xiě)“1”的時(shí)候，無(wú)須進(jìn)行任何操作;當(dāng)需要寫(xiě)“0”的時(shí)候，則往浮極里面注入一定量的電子(也就是進(jìn)行寫(xiě)操作)。寫(xiě)操作是在控制極施加一個(gè)大的正電壓，在控制極和襯底之間建立一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，使電子通過(guò)隧道氧化層進(jìn)入浮柵極;擦除操作正好相反，是在襯底加正電壓，建立一個(gè)反向的強(qiáng)電場(chǎng)，把電子從浮柵極中“吸”出來(lái)。

什么是NAND?

閃存將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在由金屬氧化物半導(dǎo)體是浮柵晶體管(FGT)定義的存儲(chǔ)單元陣列中，該晶體管存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù) 1 或 0。每個(gè)晶體管都有兩個(gè)柵極，分別是控制柵極和浮動(dòng)?xùn)艠O。

與DRAM內(nèi)存不同，NAND在斷電后也能夠儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。閃存斷電時(shí)，浮柵晶體管 (FGT) 的金屬氧化物半導(dǎo)體會(huì)向存儲(chǔ)單元供電，保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。NAND單元陣列存儲(chǔ)1到4位數(shù)據(jù)。

NAND Flash存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，因而應(yīng)用廣泛，如嵌入式產(chǎn)品中包括手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、U盤(pán)等。

常見(jiàn)NAND閃存類(lèi)型：

常見(jiàn)的 NAND 類(lèi)型有SLC、MLC、TLC和3D NAND。垂直堆疊單元的 3D NAND 擁有更高的性能、密度。

SLC：?jiǎn)渭?jí)單元，SLC NAND每個(gè)單元存儲(chǔ)一位信息。SLC NAND具有相比于同類(lèi)產(chǎn)品中最高的耐用性，同時(shí)SLC NAND 是當(dāng)今市場(chǎng)上價(jià)格最貴的閃存。

MLC：多級(jí)單元，MLC NAND每個(gè)單元存儲(chǔ)兩位信息。與SLC NAND相比，提高了單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量，從而降低了單元數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的成本，但是降低了耐用率。

TLC：三級(jí)單元，TLC NAND每個(gè)單元存儲(chǔ)三位，從而降低成本和耐用性并增加容量。它的耐用率較低，是最便宜的閃存類(lèi)型，主要用于消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品。

3D NAND：為了提高NAND設(shè)備的容量，3D NAND通過(guò)垂直堆疊多層存儲(chǔ)單元來(lái)提高容量并降低成本，3D NAND設(shè)備實(shí)現(xiàn)了更高的密度和更低的功耗、更快的讀寫(xiě)速度以及更高的耐用性。

什么是NOR閃存?

NOR Flash是第一種面世的閃存。NOR閃存芯片上的單元彼此平行排列，因此讀取效率高，不易出錯(cuò)，但寫(xiě)入速度慢，常用于代碼一次編寫(xiě)、多次讀取的應(yīng)用場(chǎng)景，多用來(lái)存儲(chǔ)程序、操作系統(tǒng)等重要信息。

NAND與NOR的區(qū)別：

(1)市場(chǎng)占比：NAND閃存的使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) NOR閃存。NAND Flash的具體產(chǎn)品包括USB(U盤(pán))、閃存卡、SSD(固態(tài)硬盤(pán))，以及嵌入式存儲(chǔ)(eMMC、eMCP、UFS)等，應(yīng)用廣泛。得益于汽車(chē)電子和物聯(lián)網(wǎng)，近幾年NOR Flash市場(chǎng)正在飛速增長(zhǎng)。

(2)讀取性能：NOR閃存的讀取速度比NAND閃存快。因?yàn)樽x取數(shù)據(jù)時(shí)，NAND Flash首先需要進(jìn)行多次地址尋址，然后才能訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù);而 NOR Flash是直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取訪(fǎng)問(wèn)。

(3)寫(xiě)入、擦除性能：與讀取性能相反，NAND芯片的寫(xiě)入和擦除速度比NOR器件更快。NAND器件執(zhí)行擦除操作簡(jiǎn)單，擦除單元更小，擦除電路更少，且寫(xiě)入單元小，因此NAND的擦除和寫(xiě)入速度遠(yuǎn)比NOR更快。

(4)耐用性：在NAND閃存中每個(gè)塊的最大擦寫(xiě)次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR的擦寫(xiě)次數(shù)是十萬(wàn)次。

(5)存儲(chǔ)密度：NOR存儲(chǔ)器的密度低于同等的 NAND 閃存芯片。

(5)應(yīng)用場(chǎng)景：NOR Flash閃存通常用于消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)載與工業(yè)領(lǐng)域，而 NAND 用于數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、儲(chǔ)存卡、固態(tài)硬盤(pán)和計(jì)算機(jī)中。

盡管NAND閃存是當(dāng)前最流行的閃存類(lèi)型，但NOR閃存仍有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前SK海力士宣布通過(guò)321層4D NAND樣品發(fā)布，預(yù)計(jì)2025年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，隨著閃存技術(shù)的不斷發(fā)展，我們?cè)谖磥?lái)能夠使用上性能更好，價(jià)格更實(shí)惠的閃存產(chǎn)品。