深入了解NOR Flash与NAND Flash存储技术

深入了解NOR Flash与NAND Flash存储技术

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CSDN

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https://blog.csdn.net/a1657054242/article/details/142395710

随着国内对集成电路，特别是存储芯片的重视，越来越多的客户开始咨询关于NOR Flash、NAND Flash、SD NAND、eMMC、Raw NAND等存储产品的相关信息。本文旨在分类介绍常见的存储产品，并对其特点进行简要描述。

一、存储产品分类

我们将存储产品大致分为E2PROM、NOR Flash、NAND Flash三类，下面是具体分类介绍。

1.1 E2PROM

E2PROM的存储容量较小，常见于一些MCU内部，主要用于小家电（如遥控器、电风扇）中存储基础信息。由于用户对这种类型的存储器通常关注较少，因此在此不做详细介绍。

1.2 NOR Flash

NOR Flash是目前应用最为广泛的存储芯片之一，几乎存在于所有主流电子产品中，如手机摄像头、屏幕驱动电路板等。它主要用于存储代码和小型数据文件。主流NOR Flash多采用SPI接口，容量范围从1Mbit到128Mbit，封装形式多为SOP-8，且尺寸相对较小。

由于其架构限制，NOR Flash的存储容量无法做大，读取速度也相对较慢。但它的优势在于使用简单，支持通过地址直接访问数据，省去了建立文件系统的必要，这一点对工程师们尤其便利。

1.3 NAND Flash

NAND Flash是目前最为热门的存储芯片，广泛应用于生活中的各类电子产品中，如手机和笔记本电脑。无论是选择64GB或256GB的手机存储，还是256GB或512GB的笔记本硬盘，背后都涉及到NAND Flash。以下是对NAND Flash的详细分类介绍。

1.3.1 内部材质

根据存储单元中可存储的bit数量，NAND Flash可以分为SLC、MLC、TLC、QLC。它们的主要区别在于每个存储单元内存储的信息量：

• SLC：每单元存储2bit信息
• MLC：每单元存储4bit信息
• TLC：每单元存储8bit信息
• QLC：每单元存储16bit信息

随着从SLC到QLC的变化，存储密度逐渐增加，但同时擦写寿命和性能有所下降。目前，大容量消费类电子产品（如手机和笔记本中的固态硬盘）多使用TLC和QLC。

1.3.2 生产工艺

NAND Flash的生产工艺分为2D工艺和平面工艺（3D工艺）。3D工艺通过堆叠存储单元提升存储密度，类似于将平房“堆成”摩天大楼。这种生产工艺的改进直接推动了近年来手机、笔记本等设备存储容量的不断增加。

1.3.3 使用特点和管理机制

由于NAND Flash本身具有一些特殊性，正常使用时需要搭配管理机制，包括以下几个方面：

1. 位翻转和位偏移：存储数据有时可能会出现错误（如存储0101的数据变为1010），需要通过EDC/ECC机制来纠正；
2. 坏块管理：NAND Flash在出厂时可能存在少量坏块，使用过程中也可能出现新的坏块，因此需要动态和静态坏块管理机制；
3. 写入寿命限制：每个存储块有其擦写寿命，因此需要通过平均读写机制来均衡各个存储块的使用；
4. 先擦后写机制：由于NAND Flash写入前需要先擦除，这种集中擦写的强电流可能会影响周围存储块，因此需要配备垃圾回收和电荷均衡机制。

一些产品已将这些管理算法集成在芯片内部，简化了使用过程。

1.3.4 产品分类

NAND Flash产品可以分为Raw NAND和带控制器的产品：

• Raw NAND：这是最基础的NAND Flash，其晶圆的Pad点被引出并封装为TSOP48或BGA颗粒。由于内部不含控制器，所有的管理算法都需要在CPU端处理，这通常涉及驱动编写，并增加了CPU的负荷。
• 带控制器的产品：包括芯片类和模组类。芯片类产品（如SD NAND、eMMC、SPI NAND）内置了NAND Flash的管理机制，减轻了CPU的处理负担（但SPI NAND除外，部分管理仍需自行处理）。模组类产品包括TF卡、SD卡、SSD、U盘等。

二、常见存储产品对比

我们对常见的几种存储产品进行了简单的对比，具体内容如下：

• SD NAND VS TF卡
• SD NAND VS Raw NAND
• SD NAND VS eMMC
• SD NAND VS SPI NAND