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nand flash memory 闪存芯片NOR Flash，NAND Flash傻傻分不清楚 ICMAX帮你搞定

发布时间 : 2025-03-09

作者 : 小编

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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：

需要先擦除再写入

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。

存储器件的分类

存储芯片可以按照多种不同的方式进行分类，这取决于它们的特性、用途和技术。以下是一些常见的存储芯片分类方法：

按照存储介质分类：

固态存储器（Solid State Storage）：使用闪存等固态介质进行数据存储，如固态硬盘（SSD）和闪存卡（如SD卡、MicroSD卡）。

磁性存储器：使用磁性介质进行数据存储，如硬盘驱动器（HDD）和磁带存储。

光学存储器：使用光学介质进行数据存储，如CD、DVD和Blu-ray等。

按照存储类型分类：

随机存取存储器（RAM）：用于临时存储数据和程序，如动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。

只读存储器（ROM）：其中的数据在生产时被固化，只能读取而不能写入，如只读存储器（ROM）和闪存存储器（Flash Memory）。

可擦写存储器（EPROM、EEPROM、Flash Memory等）：可以多次写入和擦除数据的存储器，如可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和闪存存储器（Flash Memory）。

按照访问方式分类：

串行存储器：数据按照位的顺序一个接一个地读取和写入，如串行ATA（SATA）接口的硬盘驱动器。

并行存储器：数据同时在多条线路上传输，如传统的IDE接口的硬盘驱动器。

按照用途分类：

内存存储器：用于计算机系统内部，用于临时存储数据和程序。

外部存储器：用于在计算机系统外部存储数据，如硬盘驱动器、闪存驱动器和外部硬盘等。

根据易失性的概念，存储芯片可以分为易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器是指当电源关闭时，其中存储的数据会丢失的存储器类型。而非易失性存储器则是指即使在断电的情况下，其中存储的数据仍然能够被保留的存储器类型。

易失性存储器：易失性存储器通常用于临时存储数据或程序，其特点是数据在断电后会丢失。典型的易失性存储器包括：

动态随机存取存储器（DRAM）：常用于主存储器（RAM），速度快但电源关闭后数据丢失。

静态随机存取存储器（SRAM）：同样用于RAM，速度快，但相比DRAM更昂贵，也会在断电后丢失数据。

非易失性存储器：非易失性存储器存储的数据在断电后仍然能够保留，通常用于长期存储数据或程序。典型的非易失性存储器包括：

只读存储器（ROM）：数据在生产时被写入，无法修改，断电后数据保持不变。

闪存存储器（Flash Memory）：可擦写且数据不易丢失，常用于固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、SD卡、MicroSD卡等设备。

非易失性存储器在许多应用中非常有用，因为它们可以在断电后保留重要的数据，例如操作系统、应用程序和用户文件等。而易失性存储器则更适合需要快速访问的临时数据存储，如运行中的程序和临时缓存。

易失性存储器通常根据其工作原理、结构和应用领域等方面进行分类。以下是常见的易失性存储器分类：

动态随机存取存储器（DRAM）：

工作原理：使用电容器存储数据，需要定期刷新以保持数据。

特点：速度较快，但需要定期刷新并消耗较多的能量。

应用：主存储器（RAM）。

静态随机存取存储器（SRAM）：

工作原理：使用触发器（Flip-Flops）存储数据，不需要刷新。

特点：速度快，但相对较昂贵且功耗较高。

应用：高速缓存（Cache）、寄存器文件等。

内嵌式动态随机存取存储器（eDRAM）：

工作原理：类似于DRAM，但通常集成在处理器或其他芯片中。

特点：相对于传统DRAM更快，功耗更低。

应用：嵌入式系统、移动设备等。

同步动态随机存取存储器（SDRAM）：

工作原理：类似于DRAM，但具有同步接口，可以实现更高的数据传输速率。

特点：速度更快，用于要求更高带宽的应用。

应用：计算机内存、图形处理器等。

动态闪存存取存储器（DFRAM）：

工作原理：结合了DRAM和闪存的优点，不需要刷新且数据在断电时仍然保持。

特点：速度较快，且数据持久性更强。

应用：嵌入式系统、实时数据存储等。

SSRAM（Synchronous Static Random Access Memory）和SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是两种不同类型的存储器，它们在结构、工作原理和性能特点上有所不同。

静态性 vs. 动态性：

SSRAM：属于静态随机存取存储器（SRAM）的一种。SRAM使用触发器（Flip-Flops）来存储每个比特，不需要周期性刷新来保持数据。这使得SSRAM具有快速的读写速度和低延迟，但相对较高的成本和功耗。

SDRAM：属于动态随机存取存储器（DRAM）的一种。DRAM使用电容器存储数据，需要周期性刷新以防止数据丢失。SDRAM具有较高的存储密度和相对较低的成本，但读写速度相对较慢，且需要刷新周期来维持数据。

同步性：

SSRAM：与SDRAM不同，SSRAM具有同步接口，因此数据传输和访问是同步的。这意味着SSRAM可以根据时钟信号进行精确的数据读写操作，从而实现更高的数据传输速率和更可靠的性能。

SDRAM：同样具有同步接口，因此数据传输和访问也是同步的。但SDRAM通常具有更高的内部延迟，因为它需要额外的时间来进行预充电和刷新操作。

应用场景：

SSRAM：常用于对速度和时序要求较高的应用，例如高性能缓存、图形处理器和网络设备等。

SDRAM：常用于计算机系统的主存储器，因为它具有较高的存储密度和较低的成本，适用于大容量的数据存储需求。

内存的概念

CPU不能直接调用存储在外存（硬盘）上的系统、程序和数据，必须先将硬盘的有关内容存储在内存中，才能读取运行。内存是CPU能直接寻址的存储空间，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE），其中RAM是最重要的存储器。

内存条是将RAM集成块集中在一起的电路板，上面焊有内存颗粒（Chip）。一开始内存颗粒直接插在主板上，当时叫DIP（Dual In-line Package）；后来将内存颗粒焊在电路板上，叫做SIMM（Single-Inline Memory Module）；再后来，位宽从SIMM的32bit变成64bit，就叫做DIMM（Double-Inline Memory Module），常听的电脑是64位就表示这个。

1条内存条实体（DIMM），有2个面（Rank）分别为Rank0和Rank1，有些内存条每个面都会有黑色的内存颗粒（Chip）。

以一面为例，1个Rank包含8个Chip，每个Chip里会有8个bank，每个bank就是数据存储的实体。这些bank就相当于一个二维矩阵，只要声明了column和row就可以从每个bank中取出8bit的数据。

从概念的层次结构上面分为：Channel > DIMM > Rank > Chip > Bank > Row/Column

由于智能手机在老百姓使用过程中的普及，现在经常大家口中的手机内存，往往是指：智能手机的非易失性存储容量，而非电脑时代的DDR的容量。

SDRAM的演进

SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是一种动态随机存取存储器，其发展经历了多个演进阶段，同时也有多种分类方式。下面是SDRAM的演进与分类：

SDR SDRAM（Single Data Rate SDRAM）：

第一代SDRAM，每个时钟周期传输一次数据。

常见的速度等级包括PC66、PC100、PC133等。

DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）：

第二代SDRAM，每个时钟周期传输两次数据。

提供了更高的带宽和性能，相比SDR SDRAM有了明显的提升。

包括DDR、DDR2、DDR3和DDR4等不同的版本，每一代都有不同的性能特征和速度等级。

DDR2 SDRAM：

DDR的演进版本，提供了更高的频率和更低的功耗。

比DDR SDRAM具有更高的频率和带宽。

DDR3 SDRAM：

比DDR2 SDRAM进一步提高了频率和带宽，并降低了功耗。

提供更高的性能和能效比。

DDR4 SDRAM：

进一步提高了频率和带宽，同时降低了电压，减少了功耗。

比DDR3 SDRAM具有更高的速度和更好的能效。

DDR5 SDRAM：

最新一代DDR SDRAM，提供了更高的频率和带宽，以及更低的功耗。

具有更高的性能和能效比。

1、速率

速率是变化是每一代总线必不可少的一部分。DDR5的最高速率可以达到了6.4Gbps，与以往的总线发展一样，在开始阶段6.4Gbps的规范其实还没有完全定义好，看到有些厂商也只做到了4.8G。速率的提升使时序裕量越来越小，给信号完整性设计带来极大的挑战。

2、电压

电压从1.2V将会变到1.1V，下降了8.3%，这是几代DDR总线以来下降比例最少的一次。说明电子技术的发展，对于低功耗的设计难度越来越大。这么低的电压，其抗干扰设计就会更加的难。对于电源完整性和信号完整性的设计要求就越来越严苛。

3、均衡

虽然在DDR4的设计中有一些场景也有使用均衡，但是常规芯片中并没有使用DFE的均衡技术。但是DDR5的速率提升，已经达到了惊人的6.4Gbps，使信号的ISI、串扰、抖动等都会变得更加严重，需要通过均衡技术来调整信号的质量。但是均衡也会导致功耗变大。

4、ODT

DDR5很大的一个变化来自于ODT。这与ODT的应用传统是一样的，在DDR4时，只有DQ/DQS/DM作为接收端时有使用ODT，而在DDR5这一代总线中，DQ/DQS/DM继续保有ODT功能，在CA这类信号中也使用了ODT。这样在多拓扑结构设计时就更简单啦。

5、容量变大

单颗DRAM的容量变得更大，DDR5的单颗容量可以达到32Gb。

6、Burst length

Burst length变长, DDR4的burst length为8，而DDR5达到了16。这就使得DDR5的并发性在DDR4的基础上提升了一倍，这一技术也使得信号更高效的传递。

7、Prefetch

从DDR3到DDR4这一代总线的发展，prefetch是没有变化的，不知道是不是当时有些问题没有突破，但是DDR5这一代总线，依然借助于prefetch来提升信号传递的速率。

虽然本文只介绍了这7个不同点，实际上从现在的DDR5规范来看，还是有非常多的变化，比如增加了CA的眼图要求，等等，DDR5规范的内容都比之前增加了100多页。

DDR与LPDDR

DDR全称Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器，严格的来讲，DDR应该叫DDR SDRAM。虽然美国固态技术协会2018年宣布正式发布DDR5标准，但实际上最终的规范要到2020年才能完成，其目标是将内存带宽在DDR4基础上翻倍，速率3200MT/s起，最高可达6400MT/s，电压则从1.2V降至1.1V，功耗减少30%。

LPDDR是在DDR的基础上多了LP(Low Power)前缀,全称是Low Power Double Data Rate SDRAM，简称“低功耗内存”是DDR的一种，以低功耗和小体积著称。目前最新的标准LPDDR5被称为5G时代的标配，但目前市场上的主流依然是LPDDR3/4X。

DDR和LPDDR有什么不同呢？

应用领域不同。DDR因其更高的数据速率、更低的能耗和更高的密度广泛应用于平板电脑、机顶盒、汽车电子、数字电视等各种智能产品中，尤其是在疫情期间，由于在家办公、网课和娱乐的增加，平板电脑、智能盒子的需求也逐步攀升，这对DDR3、DDR4的存储性能要求更高、更稳定。

而LPDDR拥有比同代DDR内存更低的功耗和个小的体积，该类型芯片主要应用于移动式电子产品等低功耗设备上。

LPDDR和DDR之间的关系非常密切，简单来说，LPDDR就是在DDR的基础上面演化而来的，LPDDR2实在DDR2的基础上演化而来的，LPDDR3则实在DDR3的基础上面演化而来的，以此类推。但是从第四代开始，两者之间有了差别或者说走上了不同的发展，主要因为DDR内存主要是通过提高核心频率从而提升性能，而LPDDR则是通过提高Prefetch预读取位数而提高使用体验。同时在商用方面，LPDDR4首次先于DDR4登陆消费者市场。

以目前使用量最高的DDR4和LPDDR4来举例，LPDDR4是通过两个16位通道组成的32位总线，而DDR4却具备原生64位通道，LPDDR4的Prefetch预读取位位16位，而DDR4为8位，所以在实际运算的过程中，DDR4的性能利用率会更高，但LPDDR却可以用耕地的功耗来获得更高的理论性能。

所以，也不存在LPDDR5的技术比DDR5更先进，性能跟高这一说法，并且如果论性能的话，DDR的性能始终是高于同代的LPDDR内存的性能的。

桌面级的DDR内存在技术升级方面要慢于移动端，LPDDR内存由于在便携设备的功耗占比比较高，况且同时还担负着显存这一身份的重任，技术的迭代对于手机性能和功耗有着巨大的影响，所以相比较于DDR内存，LPDDR内存更容易被用户感知。

因为和手机相比，电脑对功耗的要求没有那么高，也没有那么敏感，所以很多轻薄笔记本还在使用LPDDR3的内存，即使最新的英特尔处理器也只支持LPDDR4X内存，DDR5的正是规范标准今年才会完成制定，即使标准制定完成，今年也不会看到很多搭载DDR5内存的电脑。而LPDDR5则是今年绝大部分旗舰机型的标配，相比DDR5，LPDDR5会在很多手机上面看到。

而在性能方面，LPDDR和DDR各有千秋，比如LPDDR5目前在数据传输速率上，理论性能的确领先DDR4一个身位，但这并不代表LPDDR5一定比DDR4更强。

电子产品的进步总结下来一定是体积更小，性能更强，功耗更低。当然内存也不例外，无论是LPDDR内存还是DDR内存，或许有一天能通过极低的功耗，实现更高的性能。

不同的传输速率

此外，速度也从3200MT / s增加到了4266MT / s（无OC）。这是由于I / O总线时钟（1600MHz至2134MHz）和内存阵列（200-266.7MHz）更快的结果。命令和地址总线已保留有6位SDR空间。最后，它占用的片上空间更少，单个封装最多可以包含12GB的DRAM。不利的一面是，LPDDR4X不能与LPDDR4向后兼容。即使设备与更快的LPDDR4内存兼容，它也可能不适用于LPDDR4X。

LPDDR4输入/输出接口的数据传输速度高达3200Mbps。LPDDR4X采用超薄高级封装，在提供与LPDDR4相同的速度的同时，还可以加快多任务处理速度并优化用户体验。

不同的功耗

类似于DDR5降低电压和功耗的方式，LPDDR4X的作用相同。它将I / O电压降低了50％（1.12至0.61v），从而大大降低了存储器以及存储器控制器的功耗。

LPDDR4低功耗解决方案，与LPDDR3相比，功耗降低了37％。LPDDR4X的卓越节能解决方案在性能方面比超快LPDDR4进一步提高，与LPDDR4相比，其能耗降低了17％。

LPDDR4X可以视为LPDDR4的节能优化版本。它具有与LPDDR4相同的频率，带宽和工作电压。唯一的区别是封装上的电源引脚设计和测试规格不同，并且功耗得到了优化。简而言之，LPDDR4X内存是LPDDR4节能的优化版本。功耗降低约10-20％，更有利于节电。

LPDDR5 与 LPDDR4X对比呢？

LPDDR4

总线时钟频率1600-2133Mhz，架构 86x，电压1.8/1.1/1.1V

LPDDR4X

总线时钟频率2133Mhz，架构64x与86x，电压为1.8/1.1/0.6V

LPDDR5

数据速率3200Mhz，架构64x，电压1.8/1.05/0.9/0.5V

就数据传输而言，新的LPDDR5大约比LPDDR4x快1.5倍。LPDDR5的传输速度为51.2 Gbps，频率为6,400 Mbps。

LPDDR4和LPDDR4x通过使用32bit双通道架构（2 x 16bit）提高了。LPDDR5将移回单个16bit通道，但是，每个通道中的存储体数量已增加到2倍。LPDDR4X仅支持Single Bank Group，而LPDDR5支持多Bank Group模式，这里可以理解为数据传输从单车道变成了多车道，进一步提升了传输数据带宽。

由于闪存速度比CPU慢得多。为了提高速度并防止出现此瓶颈，DRAM使用了一种称为预取缓冲区的技术。增加缓冲区大小可进一步改善此性能。三星和镁光的LPDDR5使用与LPDDR4相同的16bit预取缓冲区。为了提高数据速率，LPDDR5使用存储区分组，这与LPDDR4相同。

在功耗方面，由于降低了电压，并且LPDDR5具有DVFS，深度睡眠模式，DQ复制和WriteX等新节能功能，使LPDDR5的功耗降低了达45％。

另外就是LPDDR5价格昂贵，目前只有高端旗舰手机才使用了LPDDR5,大部分还是使用的是LPDDR4X。不过，随着技术的不断进步，LPDDR5正逐渐取代LPDDR4X。

简单点来说，LPDDR5有三大优势，分别是多车道Bank Group架构、速率跨越式升级最多可达50%性能提升、超低功耗。目前阶段来看，LPDDR5好是好，可是对手机的性能并没有非常大的影响，所以使用LPDDR4x的小伙伴也不要着急着换LPDDR5。

HBM

HBM（High Bandwidth Memory）是一种高带宽内存技术，旨在解决高性能计算和图形处理等领域对内存带宽的需求。HBM与传统的DDR（Double Data Rate）内存相比，具有更高的带宽和更低的能耗。以下是关于HBM的一些信息：

特点和优势：

高带宽：HBM通过在多个垂直堆叠的芯片中集成内存和内部通道，实现了非常高的带宽。每个存储芯片都通过硅互连（Through Silicon Vias，TSV）连接到逻辑芯片，从而形成了一个高带宽的内存子系统。

低能耗：由于HBM利用了堆叠技术和更短的信号路径，其能耗相对较低。与传统DDR内存相比，HBM在提供相同带宽的情况下，能够显著降低功耗。

小封装：HBM采用多芯片堆叠封装（3D封装），将多个存储芯片垂直堆叠在一起，因此占据的空间相对较小，有利于集成到小型设备和系统中。

低延迟：由于HBM芯片之间的连接更短，因此数据传输的延迟较低，有助于提高系统的响应速度和实时性能。

应用领域：

图形处理器（GPU）：HBM广泛应用于高性能GPU中，可以提供足够的内存带宽来支持复杂的图形处理和计算任务。

高性能计算（HPC）：在高性能计算领域，HBM可以为处理大规模数据集和进行复杂计算提供所需的大内存带宽。

人工智能（AI）：在人工智能和深度学习应用中，HBM可以加速神经网络的训练和推断过程，提高系统的性能和效率。

网络处理器：在网络处理器和数据中心领域，HBM可以提供足够的带宽来处理高速网络数据流和大规模数据包处理。

现阶段普通服务器DRAM（不含HBM）平均容量约为500~600GB，而AI 服务器平均容量可达1.2~1.7TB，所需DRAM 容量远高于普通服务器。与普通服务器相比，AI 服务器除原有DRAM 外还会用到HBM。AI 服务器由于需要在短时间内处理大量数据，追求的速度更高，对高带宽的需求大幅提升。HBM即高带宽存储器，基于3D 堆叠工艺，其通过中介层（Interposer）连接至GPU 而非直接与GPU 集成。HBM 是当前数据处理速度最快的DRAM 产品，能为AI 服务器带来更高的效率以及更高的传输带宽，已成为高端GPU 的标配，是AI 服务器带来的全新增量。

HBM通过中介层（Interposer)与GPU连接除了性能和功耗外，HBM 在节省产品空间方面也独具匠心。随着游戏玩家对更轻便高效的电脑追求，HBM 应运而生，它小巧的外形令人惊叹，使游戏玩家可以摆脱笨重的 GDDR5 芯片，尽享高效。此外，HBM 比 GDDR5 节省了 94% 的表面积！

受益于AI 服务器需求带动，HBM 市场规模持续增长。据TrendForce 数据，目前高端AI 服务器GPU 搭载HBM 已成为主流。

FLASH

Flash memory是一种非易失性存储器，通常用于数据存储和文件传输等应用。根据其特性、结构和应用领域，Flash memory可以分为多种不同的类型和分类。以下是Flash memory的主要分类：

基于存储介质的分类：

NAND Flash：NAND Flash memory是一种主要用于大容量存储的Flash存储器类型。它通常用于固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、SD卡、MicroSD卡等设备中。

NOR Flash：NOR Flash memory常用于嵌入式系统中，例如用作固件存储或启动存储器。它通常具有更快的读取速度和更高的耐用性，但相对于NAND Flash容量较小。

NAND Flash全名为Flash Memory，属于非易失性存储设备(Non-volatile Memory Device)，基于浮栅(Floating Gate)晶体管设计，通过浮栅来锁存电荷，由于浮栅是电隔离的，所以即使在去除电压之后，到达栅极的电子也会被捕获。这就是闪存非易失性的原理所在。数据存储在这类设备中，即使断电也不会丢失。

根据不同的纳米技术，NAND Flash已经历了从SLC向MLC，再向TLC的过渡，正在向QLC迈进。NAND Flash凭借容量大、写入速度快等特点，广泛应用于eMMC/eMCP，U盘，SSD、汽车、物联网等领域。

SLC（英文全称(Single-Level Cell——SLC)即单层式储存

SLC技术特点是在浮置闸极与源极之中的氧化薄膜更薄，在写入数据时通过对浮置闸极的电荷加电压，然后透过源极，即可将所储存的电荷消除，通过这样的方式，便可储存1个信息单元，即1bit/cell，速度快寿命最长，价格贵（约MLC 3倍以上的价格），约10万次擦写寿命。

MLC（英文全称Multi-Level Cell——MLC)即多层式储存

英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功MLC，其作用是将两个单位的信息存入一个Floating Gate（闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，通过内存储存的电压控制精准读写。

即2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约3000---1万次擦写寿命。MLC通过使用大量的电压等级，每个单元储存两位数据，数据密度比较大，可以一次储存4个以上的值，因此，MLC架构可以有比较好的储存密度。

TLC（英文全称Trinary-Level Cell）即三层式储存

TLC即3bit per cell，每个单元可以存放比MLC多1/2的数据，共八个充电值，即3bit/cell，也有Flash厂家叫8LC，所需访问时间更长，因此传输速度更慢。

TLC优势价格便宜，每百万字节生产成本是最低的，价格便宜，但是寿命短，只有约1000次擦写寿命。

QLC（英文全称Quadruple-Level Cell）四层存储单元

全称是Quad-Level Cell，四层式存储单元，即4bits/cell。QLC闪存颗粒拥有比TLC更高的存储密度，同时成本上相比TLC更低，优势就是可以将容量做的更大，成本压缩得更低，劣势就是寿命更短，理论擦写次数仅150次。

从生产成本、读写速度和使用寿命三方面来看，四类的排序都是：

SLC>MLC>TLC>QLC；

目前主流的解决方案为MLC与TLC。SLC主要针对军工，企业级应用，有着高速写入，低出错率，长耐久度特性。MLC主要针对消费级应用，容量高于SLC 2倍，低成本，适合USB闪盘，手机，数码相机等储存卡，如今也被大量用于消费级固态硬盘上。

而NAND闪存根据对应不同的空间结构来看，这四类技术可又分为2D结构和3D结构两大类，浮栅晶体管是主要用于2D FLASH，3D flash主要采用的是CT晶体管，浮栅是半导体，CT是绝缘体，二者在本质和原理上就有区别。其区别在于：

2D结构NAND Flash

2D结构的存储单元仅布置在芯片的XY平面中，因而使用2D闪存技术在同一晶圆中实现更高密度的唯一方法就是缩小制程工艺节点。

其缺点是，对于较小的节点，NAND闪存中的错误更为频繁；另外，可以使用的最小制程工艺节点存在限制，存储密度不高。

3D结构NAND Flash

为了提高存储密度，制造商开发了3D NAND或V-NAND（垂直NAND）技术，该技术将Z平面中的存储单元堆叠在同一晶圆上。

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。

简单地说，eMMC=Nand Flash+控制器+标准封装

eMMC的整体架构如下图片所示：

eMMC 则在其内部集成了 Flash Controller，用于完成擦写均衡、坏块理、ECC校验等功能，让 Host 端专注于上层业务，省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。

eMMC具有以下优势：

1.简化类手机产品存储器的设计。

2.更新速度快。

3.加速产品研发速度。

eMMC标准

JEDD-2011年6月发布的JESD84-A441：Embedded MultiMediaCard（e•MMC）产品标准v4.5中定义的v4.5。JEDEC还发布了JESD84-B45：嵌入式多媒体卡e•MMC），2011年6月eMMC v4.5的电气标准（版本4.5设备）。2015年2月JEDEC发布eMMC标准 5.1版。

大多数主流中端手机采用的都是eMMC5.1的闪存，其理论带宽为600M/s。顺序读取速度为250M/s，顺序写入速度为125M/s。

参考文档

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《一文看懂NAND、eMMC、UFS、eMCP、uMCP、DDR、LPDDR及存储器和内存区别》知乎芯存社

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