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火狐体育官网链接:闪存分类和关键参数必读

发布时间:2022-09-26 02:07:07 来源:火狐体育安卓版最新版 点击次数:29 作者:火狐体育官网链接

  大约在1984年,在受聘于东芝公司期间,Fujio Masuoka博士发明了一种独特的存储器件,具有只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和电可擦除只读存储器(EEPROM)器件的理想特征。与RAM 和EEPROM一样,可以对这些新颖的器件或同类的ROM进行写、擦除和重写数据的操作,器件能将可恢复的静态数据保存几乎无限长时间。此外,与RAM 和ROM相比,Masuoka博士的存储器的容量容易提高。重要的是,与ROM和EEPROM相比,该芯片能长时期存储数据,不需要备份电池或外部电源(见图)。

  除无需外部电源(非易失性)存储数据和可写、擦除信息的功能外,随着读/写操作更快,且成本更低的新型存储器的出现,EEPROM和ROM不再那么普遍了。Masuoka博士的同事Shoji Ariizumi将新存储器的擦除速度比作照相机的快闪,虽然它没有RAM快,但这一比较形象而吸引人,快闪存储器因而得名。

  在那一年晚些时候,在加州圣何塞召开的“IEEE 1984国际电子器件会议”上,闪存首次亮相。预测到该技术的好处和经济生命力后,Intel公司于1988年推出了首款商用NOR型闪存芯片。如今,闪存广泛地应用在大容量消费类电子产品中,如数字音频播放器、照相机、手机、USB驱动、存储卡和视频游戏,以及如嵌入式系统和集成在微控制器中的复杂设计。

  闪存由门组成,基本上有两种类型:NOR和NAND。在工作上,NOR存储器用作如计算机里典型的RAM操作,允许直接存取单个字节或者多字节空间,不管他们在存储空间中的位置如何。在用途方面,NOR闪存可以用于存储元件的专用软件,如路由器固件或计算机的BIOS。NOR闪存规定的工作寿命约为100,000次写周期,超过此寿命后会出现坏区。

  在Intel展出首款NOR闪存器件后大约一年,东芝公司开发了NAND闪存,该闪存依靠闪存转化软件使器件成为类似操作系统的硬盘驱动器。这种闪存与其NOR对手相比,有三个明显的优点:寿命长,为100万次读/写周期;读/写操作更快;成本更低。另外,NAND闪存能够保留更大的数据块,进行长时间或短时间存储。NAND器件对存储由产品收集或下载到产品的数据更有用,如数据记录仪的信息、数码相机的照片/视频、MP3播放器的音乐文件,等等。

  更新出现的第三种类型的闪存是OneNAND闪存,由Samsung开发,支持更快速数据吞吐和更高的密度,这两点是满足高分辨率摄影、视频和其他媒体应用的两个主要要求。OneNAND可看作NOR和NAND技术的一种混合。从本质上来讲,一个单独的OneNAND芯片集成了一个NOR闪存接口,NAND闪存控制器逻辑、一个NAND闪存阵列,以及高达5 KB的缓冲RAM。至于速度,它能以高达108 MB/s的持续读数据率传输。

  总之,NOR闪存适合代码存储,就是说,固件、器件应用等,而NAND闪存处理存储量大的类似于硬盘驱动的例行工作。OneNAND闪存两个优点都具备, 它能胜任代码和海量数据存储,同时效率更高。

  各类闪存都包含大量单元,每个单元都是一组浮置栅极晶体管阵列。早期的闪存器件每个单元存储1位信息。不过,经过不断发展已经出现了多级单元器件,通过使用两级以上的电荷,这些多级单元器件的存储量超过了每单元1位。

  典型的NOR单元看起来类似两个栅极的MOSFET:一个控制栅极和一个浮置栅极,有一层氧化物将两者分开。浮置栅极在衬底和控制栅极之间,数据就存储于此。当电流从源极流至漏极时,在控制栅极产生一个高压,就对NOR单元编程。当此高压达到适当的水平,电子(数据)流向浮置栅极,在此借助于绝缘层数据得以保存。这一过程称作热电子注入。

  借助一个称为隧道释放的工艺,擦除单元、所有单元重新设置数据,需要在源极和控制栅极之间加入一个大电压差。该电压差通过一个集成电荷泵得到,迫使浮置栅极的电子释放,因此就擦除了单元。

  NAND 闪存芯片的工作电压为3.3V 或5V,采用与NOR器件相同的隧道释放工艺来擦除数据。写数据时,隧道注入,即量子隧道效应也就是大家知道的Fowler-Nordheim隧道效应,是一种将电荷载流子通过氧化物绝缘体注入浮置栅极的方法。据说,这种方法可以节省功率同时能缩短写操作时间。NAND和OneNAND闪存的性能同类参数的比较如表所示。

  闪存最关键的限制可能是写/擦除周期数有限。多数商用基于快闪产品都保证能进行高达100万个写周期。这一数字看起来似乎很大,对于NOR闪存,很可能是这样,因为将一个软件或BIOS保存很长时间可能没问题。不过,在典型的经常进行文件写入、检索和重写的NAND应用中,这些周期很快耗完,而大多数用户可能不进行计数。对于频繁更新的关键数据的存储,闪存可能不适合。

  为应对这种限制,可采用固件或文件系统驱动器,对存储器写的次数进行逐次计数。这些软件将动态地重新映射这些块,在扇区间分享写操作。换句话说,万一写操作失败,软件通过写验证和重新映射向未使用的扇区授权写操作。

  像RAM一样,闪存可以一个字节或一个字一次进行读或编程,但擦除必须是一次进行一个完整的块,将块中的所有位重新置位为1。这意味着需要花更多时间进行编程。例如,如果将一位(0)写入一个块,要对该块重新编程,就必须完全擦除此块,而不是仅仅重写该位。

  闪存的优点远远超过其局限性,这一点可通过市场上的基于闪存的产品及其受欢迎度来得到证明。与传统的存储器和存储器件一样,闪存的容量起初很小,而现在正接近笔记本电脑中的硬盘驱动器的水平。例如,大约在去年这个时候,三星公司推出了采用NAND技术的基于其32 MB 闪存芯片(K9F5608U0BYCB0)的32GB闪存驱动器,此前不久,推出了采用一种40nm工艺开发的32Gb芯片。BiTMicro公司的Edisk是硬盘驱动终端的另一个例子,它可在3.5英寸的固态磁盘上提供155 GB的存储容量。

  存储卡,这种受人们欢迎的用于数字相机和其他便携式产品的存储媒介,如今容量可以与被认为是20世纪90年代末期最新的硬盘驱动器相当。目前,1 GB和2 GB容量已经替代了256MB和更低容量的存储卡。USB闪存驱动器---亦称拇指驱动器和/或袖珍驱动器---也一样。

  总的来说,闪存有五个明显的优点:(1)体积小,随着时间的推移,很可能会进一步缩小;(2)低功率;(3)高存储容量,随着时间的推移,将以指数提高;(4)如果封装合适,几乎不会毁坏(没有活动部件);(5)越来越便宜。

  显然,闪存是那些将在未来陪伴我们一段时间的技术之一。从该技术演化而来的新型存储技术也露出了曙光。

  就在3个月前,多媒体卡协会(MMCA,MultiMediaCard Association)和JEDEC固体技术协会(JEDEC Solid State Technology Association)同意选择eMMC,作为建立在共同的MMCA/JEDEC MMC规范之上的,为嵌入式闪存应用的嵌入式存储器模块产品的商标和产品种类。eMMC标签详细给出了采用一个MMC接口、闪存和一个控制器,由嵌入式存储系统组成的架构,所有这些都封装在一个小型BGA封装中。该架构有望在众多的产品中赢得用户的喜爱,这些产品包括工业产品、手机、导航系统、媒体播放器和其他便携式电子设备。

  该系统是在MMC系统规范v4.1/4.2和JEDEC BGA封装标准的基础上,规定了速度高达52 MB/s的接口。重要的是,该标准支持1.8V 或3.3V的接口电压,克服了目前某些闪存受工作电压限制的问题。

  由于有eMMC,主机系统能通过一个MMC接口协议总线访问所有的大容量存储器,包括存储卡和硬盘驱动器。该系统架构的灵活性远远超过仅基于其他存储器卡标准的架构的灵活性。因此,标准化的eMMC协议接口保持了复杂性,如NAND闪存的功能差异,对于主机不可见。另外,因为eMMC是一个工业标准,所以存储器元件有多个来源。

  此外发展势头良好,QUALCOMM公司已经宣布其采用三星公司的OneNAND闪存,用于所有的即将推出的移动基站调制解调器芯片组。已经出现了多种支持该读/写速度最快的存储器的芯片组,更多新兴多媒体产品对其支持将很普遍。

  基于OneNAND的芯片组的主要目标将是3G电线MB/s的这种存储器能保证对超过HSDPA规定的连续数据流无线下载。除多媒体手机设计外,OneNAND肯定是混合硬盘用非易失性缓冲器一个有价值的选择。目前,采用60nm工艺技术的芯片可提供高达2 Gb的存储容量,并且在今年晚些时候,将可能出现采用50nm工艺技术容量达4Gb的芯片。