什么闪存？NAND Flash与NOR Flash有什么区别？

什么是闪存？

闪存是一种非易失性、可编程、基于芯片的高速存储技术，即使断电也能保留数据。闪存主要有两种类型：分别是NAND和NOR。

什么是NAND？

闪存将数据存储在由金属氧化物半导体是浮栅晶体管（FGT）定义的存储单元阵列中，该晶体管存储二进制数据 1 或 0。每个晶体管都有两个栅极，分别是控制栅极和浮动栅极。

与DRAM内存不同，NAND在断电后也能够储存数据。闪存断电时，浮栅晶体管 (FGT) 的金属氧化物半导体会向存储单元供电，保持数据的完整性。NAND单元阵列存储1到4位数据。

NAND Flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而应用广泛，如嵌入式产品中包括手机、数码相机、U盘等。

常见NAND闪存类型：

常见的 NAND 类型有SLC、MLC、TLC和3D NAND。垂直堆叠单元的 3D NAND 拥有更高的性能、密度。

SLC： 单级单元，SLC NAND每个单元存储一位信息。SLC NAND具有相比于同类产品中最高的耐用性，同时SLC NAND 是当今市场上价格最贵的闪存。

MLC： 多级单元，MLC NAND每个单元存储两位信息。与SLC NAND相比，提高了单元存储数据量，从而降低了单元数据储存的成本，但是降低了耐用率。

TLC： 三级单元，TLC NAND每个单元存储三位，从而降低成本和耐用性并增加容量。它的耐用率较低，是最便宜的闪存类型，主要用于消费级电子产品。

QLC： 四级单元，QLC NAND每个单元存储四位，从而创建更高密度和大容量的存储设备。QLC NAND具有较低的读取延迟，更适合机器学习、人工智能（AI）、大数据等应用程序的数据读取操作，但是耐用性更差，价格也会更便宜。

3D NAND： 为了提高NAND设备的容量，3D NAND通过垂直堆叠多层存储单元来提高容量并降低成本，3D NAND设备实现了更高的密度和更低的功耗、更快的读写速度以及更高的耐用性。

什么是NOR闪存？

NOR Flash是第一种面世的闪存。NOR闪存芯片上的单元彼此平行排列，因此读取效率高，不易出错，但写入速度慢，常用于代码一次编写、多次读取的应用场景，多用来存储程序、操作系统等重要信息。

NAND与NOR的区别：

（1）市场占比： NAND闪存的使用量远远超过 NOR闪存。NAND Flash的具体产品包括USB（U盘）、闪存卡、SSD（固态硬盘），以及嵌入式存储（eMMC、eMCP、UFS）等，应用广泛。得益于汽车电子和物联网，近几年NOR Flash市场正在飞速增长。

（2）读取性能： NOR闪存的读取速度比NAND闪存快。因为读取数据时，NAND Flash首先需要进行多次地址寻址，然后才能访问数据；而 NOR Flash是直接进行数据读取访问。

（3）写入、擦除性能： 与读取性能相反，NAND芯片的写入和擦除速度比NOR器件更快。NAND器件执行擦除操作简单，擦除单元更小，擦除电路更少，且写入单元小，因此NAND的擦除和写入速度远比NOR更快。

（4）耐用性： 在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。

（5）存储密度： NOR存储器的密度低于同等的 NAND 闪存芯片。

（5）应用场景： NOR Flash闪存通常用于消费电子、物联网、车载与工业领域，而 NAND 用于数码相机、智能手机、平板电脑、储存卡、固态硬盘和计算机中。

尽管NAND闪存是当前最流行的闪存类型，但NOR闪存仍有自己的技术优势。目前SK海力士宣布通过321层4D NAND样品发布，预计2025年上半年实现量产，随着闪存技术的不断发展，我们在未来能够使用上性能更好，价格更实惠的闪存产品。

存储芯片 emmc、Nand flash、Nor flash之间有什么区别

随着存储领域的发展，有很多不同的存储介质，今天ICMAX就带大家来分一分emmc、Nand flash、Nor flash之间的区别。

一、定义及区别

emmc：全称为embeded MultiMedia Card，是一种嵌入式非易失性存储器系统，由Nand flash和Nand flash控制器组成，以BGA方式封装在一款chip上。

Nand flash：一种存储数据介质；若要读取其中的数据，需要外接的主控电路。

Nor flash：也是一种存储介质；它的存储空间一般比较小，但它可以不用初始化，可以在其内部运行程序，一般在其存储一些初始化内存的固件代码。

这里主要重点讲的是emmc 和Nand flash 之间的区别，主要区别如下：

(1) 在组成结构上：emmc存储芯片简化了存储器的设计，将NAND Flash芯片和控制芯片以MCP技术封装在一起，省去零组件耗用电路板的面积，同时也让手机厂商或是计算机厂商在设计新产品时的便利性大大提高。而NAND Flash仅仅只是一块存储设备，若要进行数据传输的话，只能通过主机端的控制器来进行操作，两者的结构图如下：

(2) 在功能上：eMMC则在其内部集成了 Flash Controller，包括了协议、擦写均衡、坏块管理、ECC校验、电源管理、时钟管理、数据存取等功能。相比于直接将NAND Flash接入到Host 端，eMMC屏蔽了 NAND Flash 的物理特性，可以减少 Host 端软件的复杂度，让 Host 端专注于上层业务，省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。同时，eMMC通过使用Cache、Memory Array 等技术，在读写性能上也比 NAND Flash要好很多。而NAND Flash 是直接接入 Host 端的，Host 端通常需要有 NAND Flash Translation Layer，即 NFTL 或者 NAND Flash 文件系统来做坏块管理、ECC等的功能。另一方面，emmc的读写速度也比NAND Flash的读写速度快，emmc的读写可高达每秒50MB到100MB以上；

二、emmc的初始化和数据通信

emmc与主机之间通信的结构图：

其中包括Card Interface（CMD，DATA，CLK）、Memory core interface、总线接口控制（Card Interface Controller）、电源控制、寄存器组。

图中寄存器组的功能见下表：

CID: 卡身份识别寄存器 128bit,只读， 厂家号，产品号，串号，生产日期。

RCA: 卡地址寄存器，可写的16bit寄存器，存有Device identification模式由host分配的通信地址，host会在代码里面记录这个地址，MMC则存入RCA寄存器，默认值为0x0001。保留0x0000以用来将all device设置为等待CMD7命令状态。

CSD: 卡专有数据寄存器部分可读写128bit，卡容量，最大传输速率，读写操作的最大电流、电压，读写擦出块的最大长度等。

SCR: 卡配置寄存器， 可写的 64bit 是否用Security特性(LINUX不支持)，以及数据位宽（1bit或4bit）。

OCR: 卡操作电压寄存器 32位， 只读，每隔0.1V占1位， 第31位卡上电过程是否完成。

（5）Device Identification Mode和初始化

MMC通过发CMD的方式来实现卡的初始化和数据通信

Device Identification Mode包括3个阶段Idle State、Ready State、Identification State。

Idle State下，eMMC Device会进行内部初始化，Host需要持续发送CMD1命令，查询eMMC Device是否已经完成初始化，同时进行工作电压和寻址模式协商：eMMC Device 在接收到这些信息后，会将OCR的内容（MMC出厂就烧录在里面的卡的操作电压值）通过 Response 返回给 Host，其中包含了 eMMC Device 是否完成初始化的标志位、设备工作电压范围 Voltage Range 和存储访问模式 Memory Access Mode 信息。

如果 eMMC Devcie 和 Host 所支持的工作电压和寻址模式不匹配，那么 eMMC Device 会进入Inactive State。

Ready State，MMC完成初始化后，就会进入该阶段。

在该 State 下，Host 会发送 CMD2命令，获取eMMC Device 的CID。

CID，即 Device identification number，用于标识一个 eMMC Device。它包含了 eMMC Device 的制造商、OEM、设备名称、设备序列号、生产年份等信息，每一个 eMMC Device 的 CID 都是唯一的，不会与其他的 eMMC Device 完全相同。

eMMC Device 接收到CMD2后，会将 127 Bits 的CID的内容通过 Response返回给 Host。

Identification State，发送完 CID 后，eMMC Device就会进入该阶段。

Host 会发送参数包含 16 Bits RCA 的CMD3命令，为eMMC Device 分配 RCA。设定完 RCA 后，eMMC Devcie 就完成了 Devcie Identification，进入 Data Transfer Mode。

注：emmc初始化和数据通信的过程，有点类似USB协议，USB控制器去发送请求给USB设备，以IN包和OUT包的形式去建立与USB设备之间的通信，默认状态下，USB设备也是0地址的，与控制器分配设备地址。（感兴趣的可以看一下USB2.0的协议，主要是第8和9章内容）

三、eMMC工作电压和上电过程

根据工作电压的不同，MMC卡可以分为两类：

High Voltage MultiMediaCard，工作电压为3.3V左右。

Dual Voltage MultiMediaCard，工作电压有两种，1.70V~1.95V和2.7V~3.6V，CPU可以根据需要切换

我所使用的eMMC实测工作电压VCC为2.80V~2.96V，VCCQ为1.70V~1.82V。

其中VCC为MMC Controller/Flash Controller的供电电压，VCCQ为Memory和Controller之间I/O的供电。

上电初始化阶段MMC时钟频率为400KHz，需要等电压调整到它要求的VCC时（host去获取OCR中记录的电压值，上面有说），MMC时钟才会调整到更高的正常工作频率。

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