闪存芯片NOR Flash、NAND Flash傻傻分不清楚 ICMAX帮你搞定

通过前天的文章介绍，我们知道eMMC 是 Flash Memory 的一类，eMMC的内部组成是NAND flash+主控IC，那什么是Flash Memory、NOR Flash、NAND Flash，宏旺半导体就和大家好好捋一捋它们几者之间的关系。

Flash Memory 是一种非易失性的存储器。在嵌入式系统中通常用于存放系统、应用和数据等。在 PC 系统中，则主要用在固态硬盘以及主板 BIOS 中。另外，绝大部分的 U 盘、SDCard 等移动存储设备也都是使用 Flash Memory 作为存储介质。

1. Flash Memory 的主要特性

与传统的硬盘存储器相比，Flash Memory 具有质量轻、能耗低、体积小、抗震能力强等的优点，但也有不少局限性，主要如下：

Flash Memory 写入数据时有一定的限制，它只能将当前为 1 的比特改写为 0，而无法将已经为 0 的比特改写为 1，只有在擦除的操作中，才能把整块的比特改写为 1。

块擦除次数有限

Flash Memory 的每个数据块都有擦除次数的限制（十万到百万次不等），擦写超过一定次数后，该数据块将无法可靠存储数据，成为坏块。

为了最大化的延长 Flash Memory 的寿命，在软件上需要做擦写均衡（Wear Leveling），通过分散写入、动态映射等手段均衡使用各个数据块。同时，软件还需要进行坏块管理（Bad Block Management，BBM），标识坏块，不让坏块参与数据存储。（注：除了擦写导致的坏块外，Flash Memory 在生产过程也会产生坏块，即固有坏块。）

读写干扰

由于硬件实现上的物理特性，Flash Memory 在进行读写操作时，有可能会导致邻近的其他比特发生位翻转，导致数据异常，这种异常可以通过重新擦除来恢复，Flash Memory 应用中通常会使用 ECC 等算法进行错误检测和数据修正。

电荷泄漏

存储在 Flash Memory 存储单元的电荷，如果长期没有使用，会发生电荷泄漏，导致数据错误，不过这个时间比较长，一般十年左右，此种异常是非永久性的，重新擦除可以恢复。

2. NOR Flash 和 NAND Flash

根据硬件上存储原理的不同，Flash Memory 主要可以分为 NOR Flash 和 NAND Flash 两类。 主要的差异如下所示：

· NAND Flash 读取速度与 NOR Flash 相近，根据接口的不同有所差异；

· NAND Flash 的写入速度比 NOR Flash 快很多；

· NAND Flash 的擦除速度比 NOR Flash 快很多；

· NAND Flash 最大擦次数比 NOR Flash 多；

· NOR Flash 支持片上执行，可以在上面直接运行代码；

· NOR Flash 软件驱动比 NAND Flash 简单；

· NOR Flash 可以随机按字节读取数据，NAND Flash 需要按块进行读取。

· 大容量下 NAND Flash 比 NOR Flash 成本要低很多，体积也更小；

（注：NOR Flash 和 NAND Flash 的擦除都是按块块进行的，执行一个擦除或者写入操作时，NOR Flash 大约需要 5s，而 NAND Flash 通常不超过 4ms。）

2.1 NOR Flash

NOR Flash 根据与 CPU 端接口的不同，可以分为 Parallel NOR Flash 和 Serial NOR Flash 两类。

Parallel NOR Flash 可以接入到 Host 的 SRAM/DRAM Controller 上，所存储的内容可以直接映射到 CPU 地址空间，不需要拷贝到 RAM 中即可被 CPU 访问，因而支持片上执行。Serial NOR Flash 的成本比 Parallel NOR Flash 低，主要通过 SPI 接口与 Host 连接。

图片： Parallel NOR Flash 与 Serial NOR Flash

鉴于 NOR Flash 擦写速度慢，成本高等特性，NOR Flash 主要应用于小容量、内容更新少的场景，例如 PC 主板 BIOS、路由器系统存储等。

2.2 NAND Flash

NAND Flash 需要通过专门的 NFI（NAND Flash Interface）与 Host 端进行通信，如下图所示：

图片：NAND Flash Interface

NAND Flash 根据每个存储单元内存储比特个数的不同，可以分为 SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell） 和 TLC（Triple-Level Cell） 三类。其中，在一个存储单元中，SLC 可以存储 1 个比特，MLC 可以存储 2 个比特，TLC 则可以存储 3 个比特。

NAND Flash 的一个存储单元内部，是通过不同的电压等级，来表示其所存储的信息的。在 SLC 中，存储单元的电压被分为两个等级，分别表示 0 和 1 两个状态，即 1 个比特。在 MLC 中，存储单元的电压则被分为 4 个等级，分别表示 00 01 10 11 四个状态，即 2 个比特位。同理，在 TLC 中，存储单元的电压被分为 8 个等级，存储 3 个比特信息。

图片： SLC、MLC 与 TLC

NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多，读写性能会越差，寿命也越短，但是成本会更低。下图 中，给出了特定工艺和技术水平下的成本和寿命数据。

相比于 NOR Flash，NAND Flash 写入性能好，大容量下成本低。目前，绝大部分手机和平板等移动设备中所使用的 eMMC 内部的 Flash Memory 都属于 NAND Flash，PC 中的固态硬盘中也是使用 NAND Flash。

3. Raw Flash 和 Managed Flash

由于 Flash Memory 存在按块擦写、擦写次数的限制、读写干扰、电荷泄露等的局限，为了最大程度的发挥 Flash Memory 的价值，通常需要有一个特殊的软件层次，实现坏块管理、擦写均衡、ECC、垃圾回收等的功能，这一个软件层次称为 FTL（Flash Translation Layer）。

在具体实现中，根据 FTL 所在的位置的不同，可以把 Flash Memory 分为 Raw Flash 和 Managed Flash 两类。

图片： Raw Flash 和 Managed Flash

Raw Flash

在此类应用中，在 Host 端通常有专门的 FTL 或者 Flash 文件系统来实现坏块管理、擦写均衡等的功能。Host 端的软件复杂度较高，但是整体方案的成本较低，常用于价格敏感的嵌入式产品中。通常我们所说的 NOR Flash 和 NAND Flash 都属于这类型。

Managed Flash

Managed Flash 在其内部集成了 Flash Controller，用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能。相比于直接将 Flash 接入到 Host 端，Managed Flash 屏蔽了 Flash 的物理特性，对 Host 提供标准化的接口，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 Flash 进行特殊的处理。eMMC、SD Card、UFS、U 盘等产品是属于 Managed Flash 这一类。

看完这篇文章，相信对Flash memory都会有一个全面的了解，无论是其原理，还是NOR Flash 和 NAND Flash、Raw Flash 和 Managed Flash 之间的异同，欢迎关注宏旺半导体，会持续带来存储领域更专业的文章。

干货！2021年中国NOR Flash行业企业对比：兆易创新VS普冉股份

——原标题：干货！2021年中国NOR Flash行业企业对比：兆易创新VS普冉股份 谁为行业“龙头”？

NOR Flash行业主要上市公司： 中芯国际(688981)、兆易创新(603986)、普冉股份(688766)、复旦微电(688385)、北京君正(300223)等

本文核心数据： 兆易创新、普冉股份研发费用及占营收比重情况、兆易创新、普冉股份NOR Flash业务全球市场占有率、产品销量/出货量、相关业务收入、毛利率等

1、兆易创新VS普冉股份：NOR Flash业务布局历程

兆易创新成立于2005年，公司2008年成功量产180nm串行NOR，2013年成功量产65nm SPI NOR Flash，2019年SPI NOR FLASH产品通过AEC-Q100车规认证，2020年量产55nm SPI NOR FLASH。普冉股份成立于2016年，于2021年8月上市，公司采用SONOS工艺完成了512Kbit-128Mbit NOR Flash的产品布局，从工艺制程和容量维度持续实现技术迭代，以提升产品的性价比和竞争力。

2、NOR Flash布局及运营现状：兆易创新略胜一筹

——NOR Flash技术工艺：普冉股份工艺制程较小，兆易创新胜在大容量NOR Flash产品开发

工艺制程方面，兆易创新55nm工艺节点全系列产品均已量产，和65nm工艺节点一起成为公司的主要工艺节点。普冉股份自2016年成立以来，采用55nm的电荷俘获工艺进行NOR Flash存储器芯片的设计，公司目前正在积极推进40nm的NOR Flash产品研发，新一代NOR Flash产品具备更高的芯片集成度、更低的功耗水平。

产品容量方面，兆易创新继续保持技术和市场的领先，提供了从512Kb至2Gb的系列产品，涵盖了NOR Flash市场的全部容量范围，能够满足汽车电子、5G基站、物联网等领域的存储需求。普冉股份逐步实现了512Kbit至128MbitNOR Flash的全容量覆盖，主要应用于AMOLED、TDDI、TWS蓝牙耳机等消费电子领域，尚无法覆盖汽车及工业领域的下游客户。

——NOR Flash研发投入：兆易创新研发投入及占比高于普冉股份

2020年，兆易创新研发费用为49787.97万元，占营收比重为11.07%;普冉股份研发费用为4597.15万元，占营收比重为6.41%。综合来看，普冉股份在研发费用规模、研发投入占比均低于兆易创新，主要系普冉股份成立时间较晚，目前正处于扩充研发团队力量、业务规模扩张阶段，相较于传统的行业龙头企业，在营业收入、研发费用等关键业务指标上仍有一定差距。

注：由于公司未披露NOR Flash具体产品研发投入情况，且NOR Flash产品在兆易创新、普冉股份营收中占比均在70%左右，为公司主要研发方向之一，故此处以整体研发费用进行分析。

——NOR Flash市场份额：兆易创新进入全球前三

随着国际存储芯片巨头美光和赛普拉斯宣布在低端NOR产品的推出，兆易创新获得大量市场份额，并借机实现技术突破。根据CINNO Research数据，兆易创新2020年在全球NOR Flash市场中市占率达到15.6%，排名第三，仅次于华邦和旺宏。普冉股份在全球NOR市场份额从2019年的1.45%提升至2020年的2.9%，位居第六。

——NOR Flash市场销量：普冉股份增速较快

2020年，兆易创新存储芯片(主要为NOR Flash)市场销量为26.86亿颗，较2019年同期有所下降;2020年普冉股份NOR Flash产品出货量达到24.6亿颗，较2019年同期增长68.12%。整体来看，2020年兆易创新、普冉股份NOR Flash产品销量增速较2019年均有所下滑，但普冉股份NOR Flash业务体量仍然保持较快增速。

注：根据公司披露口径，兆易创新销量统计口径为存储芯片，主要为NOR Flash产品;普冉股份为NOR Flash产品出货量口径。

3、NOR Flash业务业绩对比：兆易创新产品营收和毛利率相对较高，普冉股份增长空间较大

2018-2020年，兆易创新存储芯片(主要为NOR Flash)收入逐年上升，2020年实现32.83亿元，毛利率达到35%，较2019年有所下降，主要是由于存储芯片产品结构变动所致。2018-2020年，普冉股份NOR Flash产品营收由1.35亿元增长至4.93亿元，CAGR达到91.1%，主要得益于公司小容量、低功耗产品的竞争优势带来市场份额提升，叠加下游消费电子、IoT需求快速增长，同时海外客户业务规模上升。2020年，普冉股份NOR Flash产品毛利率小幅下降，主要原因为NOR Flash的晶圆产能紧张提高了单位成本。

注：根据公司披露口径，兆易创新仅公布存储芯片经营情况，主要为NOR Flash产品;普冉股份口径为NOR Flash产品营收及毛利率。

4、前瞻观点：兆易创新为中国NOR Flash行业“龙头”

在NOR Flash行业中，技术升级是公司间竞争的主要策略，工艺制程技术水平决定了芯片的单位成本，而产品容量决定了NOR Flash芯片的应用范围;此外，NOR Flash芯片出货量和业绩能反应公司产品的市场销售状况。基于前文分析结果，前瞻认为，兆易创新因在产品容量、研发投入、市场份额、销量和业绩情况等方面占有优势，目前为我国NOR Flash“龙头”。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国存储芯片行业市场需求与投资前景预测 》，同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究、产业链咨询、产业图谱、产业规划、园区规划、产业招商引资、IPO募投可研、招股说明书撰写等解决方案。

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