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nand坏块页我们熟知的NAND闪存，还有个“双胞胎兄弟”

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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我们熟知的NAND闪存，还有个“双胞胎兄弟”

【IT168 评论】无论消费者还是企业机构，大多数人在谈到闪存时，首先想到的就是NAND闪存。从一定的现实意义上来讲，NAND闪存可以说已经成为固态硬盘的代名词。基于块寻址结构和高密度，使其成为磁盘的完美替代品。

　　NOR闪存是另一种与NAND不同的闪存类型，它具有不同的设计拓扑结构，某些特定的应用场景下更为适合。在比较NAND和NOR闪存在不同应用中的相对优势和适用性之前，检查其结构差异是很重要的。

　　NAND闪存产品是当今已经达到高水准的存储芯片，是当前市面上嵌入式以及独立式SSD的主要原材料。多层单元(MLC)技术和3D制造工艺的结合，将NAND存储单元垂直蚀刻到硅衬底上，使存储密度和NAND芯片容量呈几何级增长。

　　NAND与NOR电路基础

　　尽管NAND闪存是这两种非易失性内存技术中相对流行的一种，但NAND和NOR都是由同一名东芝公司的工程师在上世纪80年代中期发明的。要理解这两个种类的区别和命名，需要简要回顾一下逻辑门的基础知识。

　　NAND和NOR分别涉及到布尔逻辑函数中的逻辑“和”（and）以及“或”（or）。如下所示，NAND和NOR都生成响应两个二进制输入的输出。

响应两个二进制输入的NAND和NOR输出

　　NAND和NOR逻辑门仅仅为它们各自的功能实现了上面这个真值表。

　　NAND门在概念上是作为AND门实现的——当两个输入都是1时输出1——后面跟着一个NOT门，这是一个逻辑反转。相应的，NOR门在概念上是一个OR门——有任何一个输入是1时输出1，然后是NOT门，这是一个逻辑倒装。

　　布尔逻辑的背景对于理解NAND和NOR闪存至关重要，因为闪存单元被连接到一个行和列的数组中。在NAND闪存中，一组中的所有单元(通常是一个字节的倍数，取决于芯片的大小)共享一条位线，并以串行方式连接每个单元，每个单元连接到一个单独的字行。同一字行连接一个内存块中的多个字节，通常为4 KB到16 KB。因此，只有当所有的字线都是高或单状态时，位线才会降低或变为零状态，这实际上将内存组转换为一个多输入NAND门。

　　与此相反，NOR闪存并行组织位线的方式是，当位线和字线都处于低或零状态时，内存单元只保持高或单状态。

　　NAND单元的串联结构使得它们可以通过导电层(或掺杂层)连接在衬底上，而不需要外部接触，从而显著减少了其横截面积。

　　NAND闪存单元的串联连接意味着它们不需要单元之间通过金属层进行外部接触——而这正是NOR拓扑结构所需的。使用导电层连接硅衬底上的单元意味着NAND闪存的密度通常比NOR高两个数量级，或100倍。此外，组内单元的串联连接使它们可以垂直地堆积在3D数组中，位线类似于垂直管道。

　　相反，由于NOR闪存单元不能单独寻址，因此它们对于随机访问应用程序更快。

　　NAND与NOR产品类型

　　这两种类型的闪存具有明显的特性和性能差异，它们有各自最适合的应用程序类型。除了容量外，NAND和NOR闪存还具有不同的运行、性能和成本特性，如下图所示。

　　这两种闪存中也有几种不同的产品类型，它们在I/O接口、写入持久性、可靠性和嵌入式控制功能方面有所不同。

　　NAND闪存产品类型

　　NAND闪存以单层（SLC）、多层（MLC）、三层（TLC）或四层（QLC）的形式在每个单元（cell）中存储bit，分别为1 bit/cell、2 bit/cell、3 bit/cell、4 bit/cell。要确定哪种类型的NAND最适合于工作负载，简单来说，每个单元的位数越高，其容量就越大——当然，是以数据持久性和稳定性为代价的。

　　NAND设备只是没有任何外围电路的存储芯片，这些外围电路使NAND闪存可以在SSD、U盘或其他存储设备中使用。相比之下，托管型NAND产品嵌入了一个内存控制器来处理必要的功能，比如磨损调平、坏块管理(从使用中消除非功能性内存块)和数据冗余。

　　NOR闪存产品类型

　　串行设备通过只暴露少量(通常是1到8个)I/O信号来减少包的pin数。对于需要快速连续读取的应用程序来说，这是理想的选择。NOR闪存通常用于瘦客户机、机顶盒、打印机和驱动器控制器。

　　并行NOR产品暴露多个字节，而且通常使用内存页而不是单独的字节进行操作，更适用于启动代码和高容量应用程序，包括数码单反相机、存储卡和电话。

　　两种闪存都是不可或缺的

　　NAND是闪存的主力，广泛用于嵌入式系统和SSD等存储设备的大容量数据存储。不过，NOR 闪存在存储可执行的启动代码和需要频繁随机读取小数据集的应用程序方面起着关键作用。显然，这两种类型的闪存将继续在计算机、网络和存储系统的设计中发挥作用。

　　原文作者：Kurt Marko

什么是NAND 型 Flash 存储器？

前言

NAND Flash 和 NOR Flash是现在市场上两种主要的闪存技术。Intel于1988年首先开发出 NOR Flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了 NAND Flash 结构,后者的单元电路尺寸几乎只是 NOR 器件的一半,可以在给定的芯片尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

1.NAND Flash ROM

NAND Flash ROM 应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机，肯定会考虑64GB，还是256GB？买笔记本是买256GB，还是512GB容量的硬盘呢？（目前电脑大部分采用了基于 NAND Flash 产品的固态硬盘）。

2.NOR Flash ROM

NOR Flash ROM 的特点是以字节为单位随机存取。这样，应用程序可以直接在 Flash ROM 中执行，不必再把程序代码预先读到 RAM 中。NOR Flash ROM 的接口简单，与通常的扩展存储器一样，可以直接连接到处理器的外围总线上。

与 NOR Flash ROM 相比， NAND Flash ROM 以页（行）为单位随机存取,在容量、使用寿命和成本方面有较大优势。但是它的读出速度稍慢,编程较为复杂,因此大多作为数据存储器使用。嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的U盘等均采用 NAND Flash ROM 。

在存储结构上，NAND Flash 内部采用非线性宏单元模式,全部存储单元被划分为若干个块(类似于硬盘的,一般为8 KB)，这也是擦除操作的基本单位。进而，每个块又分为若干个大小为512 B的页，每页的存储容量与硬盘每个扇区的容量相同。也就是说，每页都有512条位线,每条位线连接一个存储元。此时，要修改 NAND 芯片中一个字节，就必须重写整个数据块。当Flash 存储器的容量不同时，其块数量以及组成块的页的数量都将不同。相应地，地址信息包括了列地址、块地址以及相应的页面地址。这些地址通过8位总线分组传输，需要多个时钟周期。当容量增大时，地址信息增加，那么就需要占用更多的寻址周期，寻址时间也就越长。这导致NAND Flash的地址传输开销大，因此并不适合于频繁、小数据量访问的应用。

相比较而言，NAND 型 Flash 存储器具有更高的存储密度、更快的写人速度、更低的价格以及更好的擦写耐用性等优点，非常适用于大量数据的存储。但由于NAND Flash的接口和操作都相对复杂，位交换操作频繁，因此通常还要采用错误探测/错误纠正(EDC/ECC)算法来保护关键性数据。

例如深圳雷龙有限公司的 CSNP32GCR01-AOW 芯片。

一.免驱动使用。SD NAND内置了针对NAND Flash的坏块管理，平均读写，动态和静态的EDC/ECC等算法。

二.性能更稳定。由于NAND Flash内部是先擦后写机制，如果软件处理不当，在突然掉电的时候就会导致数据丢失。而SD NAND内部自带的垃圾回收等机制可以很好的规避这个问题。因此CS创世的二代产品才会通过10K次的随机掉电测试。

三.尺寸更小。目前SD NAND 是68mm 大小，8个pin脚，相比Raw NAND的1220mm大小，48个pin脚，采用SD NAND可以做出更小巧的产品，而且也能节省CPU宝贵的GPIO口（这点对于MCU单片机来说更是重要）

四.SD NAND可选容量更多。目前有128MB/512MB/4GB容量。而SLC 的Raw NAND 主流容量128MB，512MB已经少见，供货周期也很长；单颗4GB的Raw NAND基本都是MLC或者TLC NAND的晶圆，管理起来更复杂。

不用写驱动程序自带坏块管理的 NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8 封装，标准SDIO接口，兼容SPI，兼容拔插式TF卡/SD卡，可替代普通 TF卡/SD 卡，尺寸 6.2x8mm ，内置平均读写算法，通过1万次随机掉电测试耐高低温，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度 23.5MB/S 写入速度 12.3MB/S ）标准的 SD2.0 协议普通的SD卡可直接驱动，支持TF卡启动的 SOC 都可以用 SD NAND。

SD NAND原理图如下：

我们熟知的NAND闪存，还有个“双胞胎兄弟”

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