在线客服
首页 > 技术文章 >
技术文章
技术文章

小型存储记忆卡大受欢迎 Flash解决密度与成本之间的问题

便携式产品的普及,刺激闪存装置市场的成长。对于在行动产品上程序与数据的非挥发性储存,闪存是最适合的解决方案,不论是主机板上的内存或小型的记忆卡,闪存的非挥发性储存突破过去光学与磁性数据储存的限制,不仅稳固,低耗电,还不用移动装置零件,因此对行动装置而言是最理想的解决方案。 

便携式产品的普及,刺激闪存装置市场的成长。对于在行动产品上程序与数据的非挥发性储存,闪存是最适合的解决方案...

闪存传统用途为储存程序代码,但在近来的应用上,则是以非挥发性数据储存为主。而闪存在市场消费性市场的储存需求蓬勃发展,带动各大半导体公司大动作布局,除了AMD和富士通合资成立Spansion之外,英飞凌与Saifun半导体合资成立英飞凌闪存公司(Infineon Technologies Flash),推出Twin Flash技术,以发展迅速的数据闪存为主要目标市场。 

NOR或NAND? 

目前市场上闪存主要分为两个逻辑架构,NOR(基于「Not-OR」逻辑架构)以及NAND(基于「Not-AND」逻辑架构)。取代PROM的需求导致闪存技术的起源,原先主要功能只是储存程序代码,也因此第一代的闪存是采用NOR架构,因为比起NAND,其平行架构能加速数据读取与位重写的时间。但比起NOR,NAND的内存细胞(Memory cell)与个别区块明显较小,在写入/消除速度上较快,程序编程时耗电率较低,而且内存细胞数组密度较高,能提升芯片每sqmm的内存容量。 

由于架构上的差异,NOR与NAND两者的主要应用型态便不同。如果是着重速度的程序代码储存,NOR显然就是最佳选择,因为其速度能支持程序代码的直接执行。在NOR装置中,如SRAM,总线接口则具有个别的数据、地址与控制命令行,每个字节都可以直接存取。NOR一般应用于行动电话、PDA、视讯转换盒、调制解调器、传真机、打印机以及计算机Bios中。若是要储存大型数据文件,NAND则是主流选择,因为其每个位的成本较低,因此,在数字相机、行动电话、随身碟或PDA中,广泛使用NAND型闪存做为储存媒体,通常是采用记忆卡形式(如SD卡、多媒体记忆卡、Compact Flash或MemoryStick)。由于内部连结的细胞串(Interconnected cell string)设计,NAND芯片体积比NOR回路显着较小(约40%)。NAND使用多任务I/O来处理地址与数据,并不需要额外控制脚针(additional control pin)与后续数据存取。 

闪存技术分为SLC、MLC与MBC 

闪存技术执行上可分为SLC(Single Level Cell)、MLC(Multi Level Cell)与MBC(Multi Bit Cell)。在使用内存细胞的方式上,SLC闪存装置与EEPROM相同,但在浮置闸极(Floating gate)与源极(Source)之中的氧化薄膜更薄。数据的写入是透过对浮置闸极的电荷加电压,然后可透过源极将所储存的电荷消除。藉由这样的方式,便可储存一个个信息位(1代表消除,0代表写入)。此种单一位细胞方式能提供快速的程序编程与读取。此方法受限于低硅效率(Silicon efficiency)的问题,唯有透过先进的流程强化技术(Process enhancements),才能提升SLC装置的应用范围。 

MLC闪存则在浮置闸极中使用不同程度的电荷,因此能在单一晶体管(transistor)中储存二位的信息,并透过内存细胞的写入与感应的控制,在单一晶体管中产生4层单元。此种方式的数据读写速度中等,且需要最佳化的感应电路(sensing circuitry)。 

MBC闪存,如TwinFlash细胞体,则将电荷(也就是数据位)个别储存在晶体管中不同的两端,而储存的数据亦可个别加以读取、写入并消除。MBC闪存将个别的二位储存于一个细胞体内,所提供的架构不仅成本低,写入/读取的速度快,还有密度高等优点。 

TwinFlash技术利用二氧化氮介电质储存电荷 

浮置闸极的技术是以感应散布在闸极上方的电荷数量来做为数据储存的基础,而英飞凌的TwinFlash技术则使用在闸极左方或右方的局部电极来储存数据。TwinFlash装置的闸极结构比较简单,因此光罩层数量也比较少。 

TwinFlash的基础技术是使用二氧化氮(oxide-nitride-oxide,ONO)介电质来储存电荷,透过信道热电子注入(channel hot electron injection)来写入数据,然后透过强化热电洞注入(tunneling enhanced hot hole injection)来消除资料。比起浮置闸极技术,其优点如下: 

◆比起SLC闪存芯片,位大小大幅缩减,进而提高芯片密度。 

◆生产过程简化,且所需光罩层数量更少。 

◆位保存的可靠度更高。 

◆更佳的可扩充性(视CMOS而定)  

TwinFlash技术可以用制造DRAM的现有设备生产,无须额外的生产设备投资,因此每个晶圆的成本架构与DRAM产品相似。TwinFlash的竞争对手是每一晶体管一位的浮置闸极技术,但即使采用相同的制程架构(基于相同的技术节点),由于TwinFlash的每一晶体管二位的方式,其核心尺寸比浮置闸极小了40%,再加上光罩层较少,生产成本相当具有竞争力。早期的TwinFlash是采用170奈米制程技术,而目前正发展下一代TwinFlash技术节点的尺寸则仅有110奈米,不仅能减少成本,更能将密度提升至2Gbit。在MBC上加入MLC的功能,也就是建立在每个内存细胞中储存4位的架构,目前在技术上是可行的,相信日后将应用于实际产品上。TwinFlash技术可以用于NAND与NOR闪存上。透过此能弹性调整的技术,英飞凌将能依据市场需求来分配生产资源。 

第一代TwinFlash的512Mbit芯片(2.7V~3.7V)采用TSOP封装,目标为可移除式固态储存装置市场,产品包含用于数字相机与PDA的SD卡、多媒体记忆卡、Compact-Flash-Cards与Memory Sticks。NAND闪存则是USB快闪碟的最佳储存媒体,可以让桌上型计算机与笔记型计算机之间进行数据交换,也可以用于具MP3或数字相机功能的复合式随身碟。此外,NAND闪存芯片具高速传输特色,亦能实时录制并播放影音数据。随着这些功能重要性的提升,行动电话制造商逐渐部署闪存数据的应用。市面上越来越多行动电话使用快闪记忆卡做为媒介,以提高平台/应用的弹性、交换性与可扩充性。行动电话的发展从2G发展至2.5G到现在的3G,这样的趋势显示出行动电话数据快闪记忆储存量正快速成长。最新的3G行动电话能提供高达80MB闪存密度,做为程序代码与数据的内建储存之用,此外还具备了闪存的扩充槽,目前能扩充到1Gb的容量(以配合影像等应用)。 

储存需求殷切NAND Flash密度将逐步提高 

根据Gartner Dataquest的预测,资料闪存(NAND)全球市场将从2003年的33.6亿美元,成长到2004年的44亿美元,2005年将高达57亿美元,成长幅度为30.8%。在未来的5年内,快闪记忆卡市场的年度成长率预计将达18%,市场营收将从2003年的27.5亿美元,成长到2007年的45.9亿美元。 

2002年,在整个闪存市场中,NOR产品的市场占有率为73%,但从年复合成长率(Cumulated average growth rate)来估计,NAND产品到2007年会有较高的成长率。因此可预见的是,NOR型的闪存虽然在目前获利比率最高,但NAND兼容型的产品也渐渐迎头赶上,因为NAND具有较佳的USD/Mbyte比,再加上无线应用科技对数据储存装置的需求日渐增加,而目前NOR Flash都达不到所需要的512Mbit/1Gbit的密度─使用在行动电话与视讯转换盒的NOR Flash,其平均密度只有在16~128Mbit,远远不如NAND装置512Mbit~8Gbit密度。 

与NAND兼容的TwinFlash技术能提供记忆卡具竞争力的价格,目前在数字相机、USB磁盘与相当多不同类型的快闪记忆卡上,已获得广泛应用。USB磁盘早已开始取代传统软盘机,而数字相机随着照片分辨率提高,对记忆容量的需求也将增加。 

多样化标准竞逐小型化记忆卡将成兵家必争之地 

英飞凌目前提供SD卡与MMC记忆卡,很快会提供各种mini记忆卡。英飞凌的整合式32Bit控制器不仅增加了逻辑接口,并能在未来提供安全、高速与低电压等功能。SD卡重量仅2公克左右,是一种相当精细且非挥发性的闪存装置,结合了高容量、快速数据传输、高弹性,以及与MMC相似的小型体积等优点。然而与MMC不同的是,SD卡具有机械式写入保护开关(mechanical write protect switch),以免消费者不小心复写卡片中的数据,导致数据、影像或音讯数据的消失。SD卡一般的容量为64MB、128MB与256MB。 

MMC是世上最小型可移除式固态录制媒体之一,可供多种行动产品的应用,如MP3播放器、携带式电子游戏机、PDA、行动电话与数字相机。MMC技术于1997年11月推出,而英飞凌是MMC的共同发展厂商之一。MMC发展为行动电话的主要储存媒体。然而,随着行动电话越来越强调体积小巧,业者正逐渐改用体积更为迷你的记忆卡。MMC的封装采用简单的7针序列接口,能与现今许多携带式装置的硬件平台能轻松的整合。 

MMC的重量不到2公克,大小跟一张邮票差不多。这种标准化的数据储存卡不仅便利可靠,功能稳固且轻如羽毛,目前容量最高达256MB,可以储存超过4小时CD音质的MP3音乐,或差不多16万页的印刷内容,而且MMC的容量还不断快速增加,预计在2009年初便可达到16GB。 

北京迪阳世纪科技有限责任公司 版权所有 © 2008 - 2018 著作权声明
010-62156134 62169728 13301007825 节假日:13901042484 微信号:sun62169728
地址:北京市西城阜外百万庄扣钟北里7号公寓
E_mail:sales@pc17.com.cn 传真: 010-68328400
京ICP备05038211号 公备110108007750