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nvm nand nor NOR Flash市场回暖，本土厂商迎来新突破

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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NOR Flash市场回暖，本土厂商迎来新突破

半导体存储芯片主要分为非易失性存储IC和易失性存储IC，其最主流的非易失性存储IC为闪存IC，又可以分为NOR Flash和NAND Flash。与NAND Flash相比，NOR Flash容量密度小、写入速度慢、擦除速度慢、价格高，但是NOR Flash由于其地址线和数据线分开的特性，不必再把代码读到系统RAM中，应用程序可以直接在NOR上运行，且NOR Flash还具备更快的读取速度、更强的可靠性和更长的使用寿命，这些特性的存在也注定了NOR Flash难以被市场淘汰。

NAND Flash、NOR Flash性能对比（图源：驭势资本）NOR Flash是除DRAM和NAND Flash之外最大规模的利基型存储，根据CINNO Research，2020年的NOR Flash的总销售额为25亿美元，而这一规模在2006年已超过70亿美元。该市场曾随着功能手机的消亡而逐步萎缩，目前凭借着其“芯片内执行”的特点在物联网、AI、TWS耳机、5G、AMOLED、智能汽车等领域广泛应用，市场规模逐步恢复，再次受到厂商的重视。

国内存储领域新突破

在上述背景下，2021年8月22日，中天弘宇在上海召开“自主原创先进存储技术”暨90nm BCD工艺平台上的MTP IP产品的发布会。中天弘宇专注于集成电路存储芯片领域，以自有知识产权专利发明为契机，实现国内存储领域零的突破。据介绍，中天弘宇运用国际首创、国内自主原创的“二次电子倍增注入浮栅”的物理原理，在不改变原材料构成、工艺实现的条件下，对标传统的闪存系列产品，用自主原创的发明成果构造了全新的存储器底层技术体系，形成新型高性能存储器系列产品，属于颠覆性的先进存储技术。

中天弘宇董事长张佳中天弘宇董事长张佳表示，“二次电子倍增注入浮栅”技术。这是继“隧穿技术”、“热电子注入技术”后，世界范围内第三个0和1的形成方式。

中天弘宇副总裁、CTO聂虹“中天弘宇创造性地对闪存存储进行了重构，突破了20多年来阻碍闪存存储技术缩微扩容发展的瓶颈，使得其在同样的工艺条件下，可以做到大容量、小面积、低功耗，且有效的解决大规模数据存储、运行一体化的世界性难题，为人工智能、新型FPGA等发展，提供可靠、高效的存储技术解决方案。” 中天弘宇副总裁、CTO聂虹介绍道。

闪存存储的存储单元和器件结构创新（图源：中天弘宇PPT）中天弘宇“二次电子倍增注入浮栅”技术是一项前所未有的创新实践，中天弘宇充分运用“二次电子倍增注入浮栅” 的物理现象，并利用其进行了创新结构设计，用全新的PGM机理和折叠栅的器件结构设计，研发了全新的NVM（Non-Volatile Memory，非易失性存储器）器件。同时，以该NVM器件为基础，根据客户需求推出了首款90nm BCD工艺平台上的MTP IP，先进存储技术在90nm技术节点流片成功是一个重要的里程碑，这次产品成功的同时也表明“二次电子倍增注入浮栅”原理可以实现存储器产品化。中天弘宇本次推出的 90nm BCD 工艺平台上的MTP具有以下突出的优势：面积小：比对市场同类MTP，面积缩减三分之一左右；功耗低：比对市场同类MTP，功耗减少50%左右；速度快：在读取速度、写入速度和擦除速度上，有显著的速度优势；工作电压低；编程电流小；兼容传统的CMOS工艺平台。

中天弘宇的布局与展望

当前，中天弘宇初步构建了拥有国内、国际完整自主知识产权专利的系列新型高性能快闪存储器产品，“在非易失存储领域属国际首创技术”。该项发明成果已在中、日、美、韩和中国台湾地区申请了成体系的原创性发明专利，其中多项核心专利已获批，专利体系化建设在不断完善之中。下游市场对NOR Flash需求持续提升，NOR Flash迎来新春。对此，聂虹在发布会上特意提到，中天弘宇将以电源管理芯片（PMIC）作为新技术的市场切入点，相关产品已经在某头部代工厂90nmBCD工艺平台上的流片验证成功。电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片。主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。根据前瞻产业研究院的统计和预测，全球电源管理芯片市场规模2018年为250亿美元，预计到2026年全球市场规模将达到565亿美元，2018-2026期间年复合增长率(CAGR)为10.69%，其中以中国大陆为主的亚太地区是未来最大增长区域市场。

应用市场的旺盛需求充分说明中天弘宇的先进存储技术的推广运用有广阔的市场前景。张佳表示，中天弘宇的第一代55nm独立式闪存即将下线投入量产，意味着中天弘宇踏入一个40亿美元的产品市场。同时，重大创新的第二代产品研发已经开始，将会带来一款更高性能、更低功耗、更大容量的存储器产品，面对的市场将超过100亿美元。对于公司商业模式和下一步发展路径，聂虹介绍，未来，中天弘宇的商业模式包括但不限于嵌入式IP授权、独立闪存销售、方案商合作、产学研合作及与行业应用成立合资公司等。产品布局方面，中天弘宇完整地规划了嵌入式、独立式到完整应用领域的系列产品，将按规划、分步骤地进行产业化应用。例如：嵌入式闪存（eFlash）是充分运用“二次电子倍增注入浮栅“的原理，加上独特的折叠栅结构，在完全具备现有eFlash的特性的同时，具有更小的面积、更低的功耗等突出优势。

嵌入式闪存进展（图源：中天弘宇PPT）独立式闪存产品是基于中天弘宇的独创原理设计的，完全具有现有NOR Flash功能的存储器，且具有低功耗和大容量优势。在现有工艺技术条件下量产，产品具有功耗低、面积小的优势。

独立式闪存进展（图源：中天弘宇PPT）可以看到，自主原创、性能优异的体系化存储器产品会不断呈现出来，中天弘宇将进一步积聚集成电路全行业工程技术专家的智慧，争取应用和市场持续不断的支持，开拓存储技术的运用范围，扩大存储器系列，为国家创造更多自主原创技术和产品。

现场圆桌会议在发布会最后，现场还邀请到了新思科技中国董事长兼全球资深副总裁葛群、国际半导体产业协会中国区总裁居龙、南芯半导体市场总监刘崇和资深工艺专家官浩等行业专家，共同研讨了国内先进存储技术和产业化进展状况，围绕产业链融合、工艺实现、市场推广、融资策略等话题进行了讨论分享，共探中国半导体产业发展新出路。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2778内容，欢迎关注。

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Flash闪存原理、区别与分类

Flash（即闪存）是不需要Vpp电压信号的EEPROM，属于非易失性存储器（NVM）。Flash的类型主要分两种，nand flash和nor flash，这种分类方式是根据存储单元在矩阵中的排列方式来分类的。

基本原理：

Floating Gate

Flash存储单元基于浮栅(Floating Gate, FG)技术。MOS晶体管由两个重叠栅极CG（Control Gate）和FG（Floating Gate）构成。FG被隔离孤立在中间，像是浮在空中的小岛，这也就是“浮栅”名字的由来。 FG被氧化物包围，在无外力作用下，电子能在其中长期保留。从浮栅中注入和去除电子的操作分别称为编程（program）和擦除（erase）。这些操作修改了存储单元的阈值电压Vth，存储单元是一种特殊类型的MOS晶体管。在CG端上施加一个固定的电压，就可以区分两个存储级别:当栅极电压高于电池的Vth时，电池是开的(“1”)，否则是关的(“0”)。

NOR Flash 和NAND Flash主要区别：

1，物理结构：

NOR Flash采用并行阵列架构，其中每个cell都可以通过触点直接访问，这也是NOR闪存具有卓越随机性能的原因。

NOR Flash结构

NAND Flash采用串行结构，存储单元以32个或64个为一组进行串联，如图所示。两个选择晶体管被放置在行边缘，以确保与源线(通过Msl)和位线(通过Mdl)的连接。每个NAND行与另一个行共享位行联系。控制门通过字线(wordlines, WLs)连接。

NAND Flash结构

2，存储单元面积、单位成本、读取速度、功耗

由于在物理结构上的差异，导致了两种Flash在面积、单位成本、读取速度及功耗的差异：

NOR Flash：存储单元面积大、单位成本高、读取快、功耗高；

NAND Flash：存储单元面积小、单位成本低、读取慢、功耗低；

NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8MB以上的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储。

3，接口及使用

NOR Flash接口类似SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。由于NOR flash接口非常直接地使用基于NOR闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。

NAND Flash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚分时用来传送控制、地址和数据信息。在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序或者硬件控制器支持，才能继续执行其他操作。所以使用上并不如NOR Flash方便容易。

4，位交换

位交换也叫位反转（Bit twiddling/bit flip），即存储值由0变1或者由1变0。所有flash器件都受位交换现象的困扰。所以就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

NOR flash由于物理结构的不同，很小概率出现位反转现象，故无纠错系统。

5，坏块处理

NAND器件中的坏块是随机分布的，需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。NOR Flash则几乎无坏块或者很少，所以没有坏块处理模块。

Flash器件：

目前的flash存储器都符合PCMCIA标准，可以方便的用于各种设备上。当前有两种类型的卡：一种为Flash存储器卡，此种卡只有Flash Memory芯片组成的存储体，在使用时还需专门的软件进行管理。另一种称为Flash驱动卡，此种卡中除Flash芯片外还有由微处理器和其他逻辑电路组成的控制电路。

1，Flash存储器卡 ：

Flash存储器卡也称为闪存卡（FlashCard），是利用闪存（FlashMemory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，有如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡大概有SmartMedia（SM卡）、CompactFlash（CF卡）、MultiMediaCard（MMC卡）、SecureDigital（SD卡）、MemoryStick（记忆棒）、XD-PictureCard（XD卡）和微硬盘（MICRODRIVE）这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是技术原理都是相同的。

CF卡

CF卡(Compact Flash)是1994年由SanDisk最先推出的一种闪存卡，它革命性的使用了闪存技术，对所保存的数据来说，CF卡比传统的磁盘驱动器安全性和保护性都更高。路由器、交换器等大多数的网络及电信设备及数码相机仍以CF卡为主要的外部储存装置。

SM卡

SM卡(Smart Media)是由东芝公司在1995年11月退出的Flash Memory存储卡，三星公司在1996年购买了生产和销售许可，这两家公司成为主要的SM卡厂商。SmartMedia卡是市场上常见的微存储卡(但是最大容量只有128MB),一度在MP3播放器上非常的流行。SmartMedia卡被视为软磁盘的替代者，曾是数码相机普遍支持的存储格式，如今已是没落消亡之势。这一格式相比其他而言最大的好处是通过一个名为FlashPath的转换器，可以在标准的3.5英寸软盘驱动器内使用任何容量的SM卡。

MMC卡

MMC卡(MultiMedia Card)卡由西门子公司和首推CF的SanDisk公司于1997年联合推出，号称是目前世界上最小的Flash Memory存储卡。近年MMC卡技术已差不多完全被SD卡所代替，但由于MMC卡仍可被兼容SD卡的设备所读取，因此仍有其作用。

MS卡

MS卡(Memory Stick)通常称为记忆棒，是Sony公司研发并于1998年10月推出市场的，采用了Sony自己的外型、协议、物理格式和版权保护的一种闪存卡。MS卡的规格和同一时间上市的MMC很相似。

SD卡

SD卡(Security Digital Memory Card,译成安全数码卡) 由松下、东芝和SanDisk联合推出，1999年8月才首次发布，大小如一张邮票。SD读卡器对计算机来说类似一个USB的软驱的作用，插上SD卡后的读卡器跟U盘功能是一样的，大小也和普通U盘类似。读卡器与电脑主机之间的连接都是采用USB接口，这种产品是配合数码相机而产生的。有外接式和内置式两种，不少新的个人电脑都已经内置了多功能的读卡器。

TF（MicroSD）卡

TF卡(TransFlash)由SanDisk(闪迪)公司发明创立，是一种主要用于手机的极细小的快闪存储器卡，2004年重命名为MicroSD(顾名思义，就是小SD卡)。几乎只有一片指甲盖的大小，主流台式机、笔记本上均设有直接插槽，通过SD式读卡器连接后可以读写数据。

xD卡

xD卡(eXtreme Digital-Picture Card)是一种专门于数码相机的闪存存储卡，由富士胶卷与奥林巴斯联合于2002年7月发布，用于取代SM卡(SmartMedia Card)。

miniSD卡

miniSD是闪迪2003年发布的极细小型规格标准SD卡，特别设计于移动电话上，并随卡附上minSD转接器，令它能够兼容所有配置了标准SD卡插槽的设备中。

微硬盘MD

微硬盘MD(Microdrive)最早是由IBM公司开发并于1999年上市的一款体积非常微小的硬盘式数据存储设备，用来对抗市面上主流的闪存产品。IBM将旗下硬盘部门卖给了日立(Hitachi)公司，因此自2003年起MicroDrive的技术与专利是由日立公司拥有。微型硬盘具有记忆容量大、读写速率高有点，缺点是较为耗电、容易发热、使用寿限较短和抗震性能差。

2，Flash驱动卡

eMMC卡

eMMC ( Embedded Multi Media Card) 采用统一的MMC标准接口，把高密度NAND Flash以及MMC Controller封装在一颗BGA芯片中。针对Flash的特性，产品内部已经包含了Flash管理技术，包括错误探测和纠正，flash平均擦写，坏块管理，掉电保护等技术。用户无需担心产品内部flash晶圆制程和工艺的变化，同时eMMC单颗芯片为主板内部节省更多的空间。

UFS卡

UFS (Universal Flash Storage，通用闪存存储)，UFS是一种高性能接口协议，也代表使用该协议的存储设备，设计用于需要最小化功耗的应用，包括智能手机和平板电脑等移动系统以及汽车应用，其高速串行接口和优化协议可显着提高吞吐量和系统性能。

U盘

U盘(USB flash disk)，据谐音也称“优盘”。U盘是闪存的一种，故有时也称作闪盘。U盘与硬盘的最大不同是，它不需物理驱动器，即插即用，且其存储容量远超过软盘，极便于携带。U盘集磁盘存储技术、闪存技术及通用串行总线技术于一体。相较于其他可携式存储设备，闪存U盘有许多优点：占空间小，通常操作速度较快(USB1.1、2.0、3.0标准)，能存储较多数据，并且性能较可靠(由于没有机械设备)，在读写时断开而不会损坏硬件(软盘在读写时断开马上损坏)，只会丢失数据。这类的磁盘使用USB大量存储设备标准，操作系统如 Linux、 Mac OS X、Unix与 Windows中皆有内置支持。

SSD固态硬盘

SSD（Solid State Drives ，即为固态硬盘），一般由存储单元（Flash或DRAM）和控制单元组成，固态硬盘是目前最主流的一种硬盘，而且在可预见的未来当中，短时间内很难会被其他硬盘替代。SSD读写速度快、防震抗摔性、低功耗、工作温度范围大、轻便。

flash存储器的种类很多，在生活中的应用也越来越广泛，但是价格依然处于昂贵的阶段，而这也限制了flash存储器的使用，希望flash存储器能够摆脱价格昂贵的缺点，真正完全地进入人们的生活。

后记：

关于半导体存储基础及分类请参考：

《半导体存储发展与分类》

https://www.toutiao.com/article/7166887627948589605/?channel=&source=search_tab

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