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硬件基础:Flash闪存分类及其技术类型比较

从昨天的固态硬盘的选购知识一文可以看出,FLASH芯片可谓是目前固态硬盘的生命线,虽然我们都用可移动存储设备,比如U盘、MP3随身听等,但这些设备的工作特点大都很难凸显FLASH致命弱点,而一旦把FLASH应用到固态硬盘上,FLASH的技术类型、产品级别及各种优缺点都会得以充分展现,SSD的返修率具体是多少恐怕只有厂家自己最清楚......。今天我们来回顾一下与FLASH Memory相关硬件基础知识

一、FLASH闪存发展史

Flash是一种非易失性存储器(Non-volatile),也叫Flash EEPROM,最初是由东芝(Toshiba)公司的Fujio Masuoka博士(现任)在1980年发明,FLASH这个名字则是由他的同事Shoji Ariizumi先生推荐所起,1984年在加利福尼亚举行的IEEE国际电子设备会议(IEDM)上,Fujio Masuoka公开宣布这项发明。

后来INTEL看到这项发明的潜力,于1988年推出第一块NOR FLASH芯片,不仅具有很强的可擦写次数,还具有完备的地址和数据总线,支持随机寻址,非常适合代替早期的ROM芯片(ROM、PROM、EEPROM),比如BIOS和机顶盒固件等,早期的可移动存储也使用NOR FLASH芯片,只是后来转向性价比更高的NAND FLASH。

Toshiba公司于1989年在IEDM上宣布推出NAND FLASH,具有更强的可擦写次数,相比NOR FLASH具有更高的集成度和更低的制造成本,可惜NAND FLASH不支持随机寻址,只支持BLOCK块寻址,使得NAND FLASH不适合很多场合的ROM使用,比如处理器的ROM等很多时候都需要进行位寻址,除此之外,NAND FLASH与其他存储设备非常类似,比如硬盘、光媒质等,非常适合作为大容量存储使用,第一个基于NAND FLASH芯片的存储设备出现在1995年,之后才有其它的乱七八糟的存储产品,比如SD卡、MMC(MMC没有专利许可费)等等。

另外还有一种AG-AND FLASH(日本Renesas技术),它是AND-TYPE FLASH的改良技术,比NOR FLASH具有更高的集成度,比NAND具有更高的写入速度(大约2.5倍),但一直以良品率和容量问题,阻碍市场拓广。

FLASH应用从最初的替代ROM到可移动存储设备,再到现在的固态硬盘,可以说是突飞猛进,不过天缘个人以为固态硬盘应用难度是非常的大,目前所有的固态硬盘设计都只是主控制器加上FLASH的简单搭建,虽然有公司声明,其固态硬盘可靠性提高多少多少倍,实际上距离现有机械硬盘的可靠性,还有很长距离。

目前,掌握FLASH技术专利的主要有TOSHIBA、 Intel、AMD、ATMEL、Fujistu、Hitachi、Hyundai、Micron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP等公司。

下面看一下常见几个概念的区别。FLASH是E2PROM中特殊的一种,我们一般说E2PROM都是指非FLASH类型的E2PROM,普通的E2PROM擦除是以更小的块为单位进行,比如BYTE。

二、NOR FLASH和NAND FLASH的区别

  NOR FLASH NAND FLASH
擦写时间 40ms-6s 4ms
擦除块 64-128KB 8-32KB
接口 带SRAM接口 普通I/O
擦写次数 10W- 100W-
用途 多用在程序存储 多用在数据块存储
其它 支持片内执行 -

此外,NOR FLASH的写入速度要比NAND FLASH稍低,但其读取速度要比NAND FLASH略快。NAND FLASH还分SLC(Single Level Cell)、MCL(Multi-Level Cell)、MirrorBit等技术类型,SLC顾名思义是单比特单元,MLC是双比特单元,而MirrorBit则是四比特单元,NOR FLASH也有这种MirrorBit技术架构。大容量存储产品现在主要都是使用NAND FLASH。

三、FLASH的SLC、MLC、MirrorBit技术比较

  SLC MLC MirrorBit
工作电压 1.8V/3.3V 3.3V 1.8V/3.0V
初次读取时间 100ns 120ns 80-100ns
页编程时间 250us 1.2ms  
标称擦写次数 10W 1W  
数据写入速率 8MB/S 1.5MB/S  

天缘提醒:页大小支持请参考具体芯片datasheet。

四、FLASH EEPROM和普通EEPROM区别

它们之间的区别,天缘认为最主要还是在于操作方式不同,FLASH EEPROM是按照BLOCK块模式操作,而普通的EEPROM则是按照BYTE字节操作。因此也可以看出,FLASH EEPROM与普通的EEPROM故寻址方式不同,FLASH EEPROM成本比普通的EEPROM更低。

部分内容还没写完,仍需完善,后面有时间再做补充,文中如有错误欢迎指出为谢,文中的相关数据部分来源于datasheet,部分来源于网络参考,可能会随技术进步部分指标有所差异。

参考资料:

1、http://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory,介绍FLASH闪存知识。

2、http://en.wikipedia.org/wiki/EEPROM,介绍EEPROM知识。

3、http://en.wikipedia.org/wiki/NAND_gate,关于NAND-gate、NOR-gate、AND-gate、OR-gate、NOT-gate、XOR-gate等知识。

4、http://blog.21ic.com/user1/1003/archives/2005/3607.html,介绍常见FLASH技术分类特点。

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