設計移動電子產品時如何選擇快閃存儲器

快閃存儲器的類型

    按照存儲單元的基本結構，閃存可以分為NOR型和NAND型兩類。組成它們的晶體管結構是相同的，和普通MOS晶體管相比，多了一個稱為浮柵的，由多晶硅作成的控制極，周圍由二氧化硅絕緣。兩種類型快閃存儲單元的區(qū)別只是連接方法不同。

    簡化了的NOR單元如圖1所示，它和邏輯電路中的NOR門電路類似，存儲單元的晶體管都并連到一個位線。任何一個晶體管導通，存儲單元的位線都變?yōu)?。NAND存儲單元如圖2所示，單元中的晶體管都串接到一個位線。和NAND門電路相同，只有當單元中所有的晶體管都導通，位線才為0。

    兩類閃存各有所長。NOR型隨機讀取的速度比較快，擦除和寫入速度比較慢。因此適合用于程序的讀取。一般NOR閃存的接口和EPROM相同，都有單獨的地址，數據和控制線，便于直接讀取；可以和微處理器連接，直接執(zhí)行程序編碼。

    而NAND結構的閃存，相對來說讀取速度較慢，而擦除和寫入速度則比較快。因此NAND閃存往往用來傳送整“頁”的數據，即將存儲陣列中的數據直接傳至微處理器內部的容量達528字節(jié)的寄存器。閃存直接和8位數據總線連接，一次傳一個字節(jié)。這樣如果一次讀出一個扇面，總的讀取時間和NOR閃存相差不多。NAND閃存的集成度比較高，主要設計用作固態(tài)文件存儲，沒有專門的地址線和數據線，只有控制線和8位I/O端口。和硬盤驅動器的IDE接口相似，當NAND閃存更新換代成倍增加容量時，對外物理連接可以保持不變。由于集成度高，寫入和擦除速度快，NAND閃存適合用作大容量存儲器。

表1  NOR和NAND閃存比較

    NOR NAND

隨機讀取時間    80 ns / 16位字    15 μs / 528字節(jié)（頁）

扇面讀取速度    13．2兆字節(jié)/秒   12．7兆字節(jié)/秒

寫入速度    0.2兆字節(jié)/秒 2.1 兆字節(jié)/秒

擦除速度    0．08兆字節(jié)/秒   5．3兆字節(jié)/秒

未來的結構

    近年來閃存的結構雖然變化不大，但是閃存的制造技術卻一直在不斷改進。主要表現在特征尺寸不斷縮小。目前主要廠家采用的最先進工藝，特征尺寸是0.3微米。這個趨勢還會繼續(xù)。結果導致每片的存儲容量增加，平均每位的價格不斷下降。隨著尺寸的縮小，為了保持晶體管內部場強不至于過大，工作電壓也在不斷降低。但是這并不一定在存儲器外部表現出來。因為在片內安裝了電壓變換器，外加的電壓和內部單元的工作電壓并不完全一致。電源電壓的降低可以節(jié)約功耗，對于移動電子產品是有利的。

    閃存發(fā)展的一個重要方面是MLC ( multilevel cell )多電平單元的出現。絕大多數存儲器存儲一位信息至少需要一個晶體管。在晶體管中兩種狀態(tài)（1或0）的區(qū)分依靠電位，一個閾電壓區(qū)分了兩個狀態(tài)。而閃存區(qū)分狀態(tài)是依靠浮柵上的電荷數量。如果能夠區(qū)分四種電荷量，每只晶體管就可以用四個狀態(tài)來存儲兩位信息。如果能夠區(qū)分八種電荷量，也就是可以區(qū)分八種狀態(tài)，那么每只晶體管就可以存儲3位信息。這樣，閃存的集成度就可以成倍增加，成本也可以成倍降低。但是由于片內除了存儲單元以外還有許多輔助線路，效益并不是完全的線性關系。此外，MLC的寫入時間也增加了3到4倍。寫入的數據能夠保存的時間也有所降低。這是MLC的缺點。

其它特殊器件與特殊要求

    隨著閃存技術的日趨成熟，針對某些特殊應用進行優(yōu)化，開發(fā)一些特殊用途的器件對于閃存來說也勢在必行。NAND閃存主要是提高集成度，增大容量，降低成本，向固態(tài)大容量存儲器發(fā)展。一些特殊用途的NOR閃存業(yè)已出現。

        RWW ( read-while-write ) NOR閃存，或稱邊讀邊寫存儲器，是為手機儲存電話號碼，姓名等數據而開發(fā)的。可以為手機減少一個EEPROM芯片。RWW NOR閃存實際上是在一個芯片上安置兩個或更多存儲陣列（或者在同一封裝內安放兩個芯片），一個用于讀取，另一個用于寫入。

    同步閃存  NOR閃存的優(yōu)點是讀取速度快，但它仍然需要繼續(xù)提高。隨著制造工藝的改進，特征尺寸的減小有助于速度的提高，然而電壓的降低卻影響了速度。此外，近來SRAM和DRAM都在發(fā)展同步器件，以提高速度；閃存也在步它們的后塵開發(fā)同步NOR閃存。

    對于采用PC模式或中型微處理器模式的系統(tǒng)，需要將OS和應用軟件從外存復制到內存，啟動時間不可避免較長。一直在不斷努力縮短啟動時間。近來發(fā)現RAM中存儲的數據和程序，70%以上是靜態(tài)不變化的。如果將這70%的存儲量，使用和SDRAM速度相同的同步閃存來取代，不但可以降低成本而且可以減少功耗。并且還可以縮短啟動時間。如果沿著這個方向努力，可能實現隨時開機隨時可以工作。不但可以節(jié)約功耗，而且無需讓機器等人，也無須讓人等機器，也提高了效率。

    采用小型微處理器模式的新型移動通信產品也在推動閃存改進技術。隨著通信繼續(xù)不斷推廣應用，要求用戶始終開機，以便在任何時刻，任何地方都能收到信息。這也要求無線電手機內裝越來越多的功能，例如語音識別，視像接收處理。至于PDA和手機是否應合二為一？也許是，沒有人希望用一個萬能但卻難于駕馭的四不像，雖然什么功能都有卻并不常用。對于這些應用，電池的壽命是最重要的事情。

    下一代的移動通信裝置和信息電子產品最為關鍵的是要具有強大的處理能力，并且能使用戶用最簡單方式處理最復雜的操作。這需要智能化的軟件，這些軟件也將安裝在下一代的閃存內。

結束語

    閃存已經成為今日系統(tǒng)中的關鍵存儲器。NOR閃存成功地取代了EPROM成為主要的非易失性存儲器；而NAND閃存也已經成為最普遍使用的固態(tài)大容量存儲器。此外，閃存還將依據市場的需求，不斷地改進并向專用化發(fā)展?！觯ㄍ跽A）