NAND和NOR Flash

快閃存儲器歷史

NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非揮發性快閃存儲器技術。Intel于1988年首先開發出NOR Flash技術,改變了原先由EPROM和EEPROM主導非揮發性快閃存儲器市場的局面。1989年,東芝公司發表了NAND Flash結構,強調降低每存儲單元的成本,更高的性能。大多數情況下快閃存儲器只是用來存儲少量的代碼,這時NOR快閃存儲器更適合一些。而NAND則是用于高數據存儲密度的需求。

Flash存儲架構

快閃存儲器將信息存儲在由浮動柵極(floating gate)晶體管制成的存儲單元中。這些技術的名稱解釋了存儲器單元的組織方式。在NOR快閃存儲器中,每個存儲器單元的一端連接到源極線(SL),另一端直接連接到類似于NOR門的位線(WL)。在NAND快閃存儲器中,幾個存儲器單元(通常是8個單元)串聯連接。

NOR的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統界面。

NAND Flash  NOR Flash




1

性能比較

Flash快閃存儲器是非揮發性存儲器,可以對稱為塊(Block)的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行,所以大多數情況下,在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位元都寫為0。由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執行相同的操作最多只需要4ms。執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距,統計表明,對于給定的一套寫入操作,更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。

NOR快閃存儲器和NAND快閃存儲器的主要特性的比較



2

界面差別

NOR Flash帶有SRAM界面,有足夠的位址引腳來定址,可以很容易地存取其內部的每一個字節。NAND器件使用復雜的I/O口來串行地存取資料,各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、位址和資料信息。NAND Flash讀和寫操作采用512字節的塊,這一點有點像硬盤管理此類操作,很自然地,基于NAND的存儲器就可以取代硬盤設備。


3

能耗

NOR快閃存儲器在初始上電期間通常需要比NAND快閃存儲器更多的電流。但是,NOR Flash的待機電流遠低于NAND Flash。兩個快閃存儲器的瞬時有功功率相當。因此,有效功率由存儲器活動的持續時間決定。NOR Flash在隨機讀取方面具有優勢,而NAND Flash在擦除,寫入和順序讀取操作中消耗的功率相對較低。


4

可靠性

保存數據的可靠性是任何存儲設備的重要性能指標??扉W存儲器會遭遇稱為位翻轉的現象,其中一些位可以被反轉。這種現象在NAND快閃存儲器中比在NOR快閃存儲器中更常見。出于產量考慮,NAND Flash隨附著散布的壞塊,隨著擦除和編程周期在NAND Flash的整個生命周期中持續,更多的存儲器單元失效。因此,壞塊處理是NAND快閃存儲器的強制性功能。另一方面,NOR快閃存儲器帶有零壞塊,在存儲器的使用壽命期間具有非常低的壞塊累積。因此,當涉及存儲數據的可靠性時,NOR Flash具有優于NAND Flash的優勢。


總結


NOR Flash的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商,曾經是Flash的主流產品,但現在市場被NAND Flash刮分。它的優點是可以直接從Flash中運行程序,但是工藝復雜,價格比較貴。NAND Flash的主要供應商是SAMSUNG和東芝,在U盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種Flash,由于工藝上的不同,它比NOR Flash擁有更大存儲容量,而且便宜。但也有缺點,就是無法尋址直接運行程序,只能存儲資料。另外NAND Flash非常容易出現壞區,所以需要有校驗的算法。在掌上計算機里要使用NAND FLASH 存儲數據和程序,但是必須有NOR Flash來啟動。除了SAMSUNG處理器,其他用在掌上計算機的主流處理器還不支持直接由NAND Flash 啟動程序。因此,必須先用一片小的NOR Flash 啟動機器,把OS等軟件從NAND Flash 載入SDRAM中運行才行。(文/Hans)




2020年06月11日

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