[技术笔记] Flash选型之基础知识&芯片分类

1、按照接口分类

分为  Serial串口Flash Parallel并口Flash

市场大量使用Serial Flash;价格便宜;已满足系统对数据读写速度的要求;

Serial Flash已经可以代表 NOR Flash;

小知识:

1)在整个存储IC芯片类里,NOR Flash占比1%;(统计数据2018年)

2)在整个存储IC芯片类里,DRAM和NAND Flash 共占比98%;(统计数据2018年)

2、按照内部结构分类

分为NOR Flash、NAND Flash

2.1 NOR Flash特点

1)地址和数据线,是分开的;

2)存储容量低,当前镁光最高1Gbit

3)同容量,NOR价格高于NAND;

4)启动方式不同,NOR Flash在启动时 ,处理器直接从地址0开始读取数据,因为支持XIP,所以代码可以直接在NOR flash上执行,无需复制到内部内存SRAM。

2.2 NAND Falsh特点

1)地址和数据共用,如下图(5)所示

2)存储容量高,当前三星最高1Tbit

3)同容量,NOR价格高于NAND;

4)启动方式不同,NAND Flash在启动时 ,需要NAND Flash 先从NAND Flash存储的前4Kb数据自动拷贝到片内SRAM,处理器再从SRAM的地址0开始读取数据

3、NOR Flash和NAND Flash的区别

3.1 NOR Flash特点

1)NOR擦除和写的时间(5秒) 比 NNAND时间(4ms)长

2)读速度 快于 NAND Flash

3)功耗高(具体型号举例)

4)稳定性高(相比NAND Flash)NOR 发生位交换(1bit位数据会发生反转)的次数,低于NAND Flash

5)可擦除次数10万次

6)擦除时间长,因为内部块比较大,是NAND flash的8倍

7)NAND的单元尺寸,是NOR的一半

8)NAND价格低于NOR,相同单元尺寸,NAND存储密度更高

9)使用方便,连接引脚后就可以使用

10)适用于程序存储

11)NOR可以随机读取存储区内的数据,NAND只能按块读取(因为NAND Flash地址与数据共用数据总线,不支持单bit读取)

12)块坏了,NOR Flash无法使用

13)相同点:

NOR和NAND的相同点就是 擦除都是按块进行的

NOR和NAND Flash可以1改写为0,不能0改写为1,需要擦除后整块才能为1

3.2 NAND Falsh特点

1)NOR擦除时间(5秒) 比 NNAND时间长(4ms)

2)读速度 慢于 NOR

3)可擦除次数100万次

4)可靠性低于NOR

NOR 发生位交换(1bit位数据会发生反转)的次数,低于NAND Flash,所以,NAND Flash需要采用ECC错误修正算法/EDC错误探测算法

5)使用繁琐,不同厂商存取方式是不同的;如果使用,需要先写入驱动,然后读写

6)适用于数据存储

7)块坏了,跳过去,仍可以使用

                                                        图(1) NAND和NOR的性能列表

小知识:

NOR和NAND结构的不同

东芝的舛冈富士雄先生在1984年发明了NOR, 1986发明了NAND。但是,由于目前主流的闪存是NAND,所以笔者并未十分关注NOR。下面我们在确认NOR和NAND工作差异的同时,再比较二者的市场规模。

NOR 和NAND存储器的区别如下图4所示。下图4使用的术语解说如下所示:

Cell(存储单元):通过存储、释放电子,使存储器工作。

Word Line(字线):用于选择存储单元的信号线。

Source Line(源线):用于释放位线(Bit Line)电压的排线。


                                             图2:黄色部分为“存储单元”。NOR 和NAND的区别。

由于NOR型的位线和源线都与各自的存储单元相连,因此可以读取一比特(Bit)单位的数据。此外,虽然可以随机进行高速读取,但写入速度较慢。同时,由于各存储单元都需要源线,因此难以实现较高的集成度。

另一方面,就NAND而言,位线和源线与多个存储单元相连接,所以多个存储单元可以同时写入、擦除数据,且速度较快!但是,无法进行一比特单位的读取。此外,由于NOR不需要存储单元的源线,因此易于实现高集成化。

由于NOR 和NAND具有如上所述的优势和劣势,因此如上图2所示,NOR用于存储程序、NAND用于存储大容量的数据。

//==============================================//

4、NAND Flash内部分类解析

NAND Falsh共分为传统4类+1类

传统4类:SLC NAND Falsh、MLC NAND Falsh、TLC NAND Falsh、QLC NAND Falsh。

1类:新增3D NAND Flash,容量更高。

5、NAND Flash分类项解析

Q:存储容量排行榜?

A:从少到多--判定标准:单元位数越多,存储容量越大。

     SLC(1bit单元)-->MLC(2bit单元)-->TLC(3bit单元)-->QLC(4bit单元)

1bit单元:1个存储单元里存放 1bit数据

2bit单元:1个存储单元里存放2bit数据

3bit单元:1个存储单元里存放3bit数据

4bit单元:1个存储单元里存放4bit数据

Q:擦写次数排行榜?

A:擦写次数,从短到长--判定标准:P/E周期越高,可擦写次数越多(擦写次数多意味着耐久性高)因为,擦除和写入的一个单元的时间就是P/E周期

    QLC-->TLC-->MLC-->SLC

                                 

                                                            图(3)NAND Flash分类

Q:4类 NAND Flash的特色?

SLC(单层式存储):可擦写次数高,意味着耐久性强;价格高;256Gbit价格?

MLC:可擦写次数略低于SLC,也就是耐久性低于SLC;价格相比较SLC更为便宜;256Gbit价格?

TLC:可擦写次数低于MLC,也就是耐久性低于MLC;价格相比较MLC更为便宜;256Gbit价格?

QLC:可擦写次数低于TLC,也就是耐久性最低;价格相比较TLC更为便宜;

Q:4类 NAND Flash的应用领域?

SLC:宇航、服务器(可擦写次数高,意味着耐久性强)

MLC:服务器、工业

TLC:工业、消费业(特别是消费级领域均衡且性价比最高的方案,当前消费级大容量SSD采用的就是QLC,通过京东SSD的介绍信息能查找到数据,如下图)

QLC:消费业(逆袭的可能,成为消费业的主流最佳方案)

小知识:

1)镁光的MLC NAND Flash容量有256Gbit、512Gbit 两种;

2)3D NAND Flash,业界最高记录是三星 NAND Flash,最高可达1Tbit

Q: NOR Flash和NAND Flash引脚区别

A:如下图所示

 

                          图(4)NOR Flash内部结构框图          图(5)NAND Flash内部结构框图

  

                      图(6)NOR Flash的引脚名称                            图(7)NAND Flash的引脚名称

小知识:

1)NOR Flash容量相比NAND Flash小一些,镁光的NOR Flash最高为2Gbit;

参考链接1:【存储干货】一文读懂NAND闪存SLC、MLC、TLC、QLC与3D NAND - 知乎

参考链接2:涨知识!NorFlash与NandFlash有什么区别? - 知乎

参考链接3:nand flash和nor flash - 知乎

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