Nor Flash 与 Nand Flash的技术特点分析

Nand Flash和Nor Flash各自存储单元的物理性质和排列结构决定了它们的许多特点。

由于Nand Flash为串行结构而Nor Flash为并行结构,因此Nand Flash内部金属导线占用的面积比Nor Flash要少很多，这使得Nand Flash的存储密度要高于Nor Flash。所以，市场上Nand Flash的容量普遍高于Nor Flash，常用作大容量的数据存储。

此外，二者的结构还决定了Nand Flash无法按位进行读取，对其的操作需要多个地址相位来找到所需的存储单元，并且其读写都是以页为单位的。而Nor Flash可以按位读取，通过相应地址引脚可以方便地直接读到每一个字节的数据。因此，Nor Flash的读取速度比Nand Flash要快，且引脚上Nor Flash类似于SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）有足够的地址和数据引脚，Nand Flash则通过复杂的IO（Input Output，输入输出）引脚和命令对其进行操作。这使得Nor Flash具有芯片内执行（eXecute In Place, XIP）的特性，通常用作程序存储。

因为Nand Flash采用的是F-N隧穿效应,Nor Flash采用的是热电子注入，所以Nand Flash的擦写速度要高于Nor Flash。另外，Nand Flash每个块的最大擦写次数比Nor Flash更大，也即其寿命比Nor Flash更长。

对于两种Flash都会存在着所谓位交换的现象，即Flash的某一位数据发生了反转,而Nand Flash发生这种情况的概率比Nor Flash要高。因此对于Nand Flash，通常会采用ECC来确保数据存储的正确性，并且会使用坏块管理的算法，用来扫描并标记坏块,从而避开坏块。这也使得对Nand Flash的操作通常都是虚拟地址映射。

可以看到，无论是对于Nand Flash还是NorFlash，在写入新数据前，都需要对原数据进行擦除。对于两种Flash擦除操作都是以块为单位的,并且每个块的擦除次数都有上限，也决定了Flash的寿命。因此，需要一些策略来避免对某一些块擦除地过于频繁，也即需要对Flash进行损耗均衡。

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NAND和NOR Flash 完全学习笔记（基础篇）

本文要点：1. NAND FLASH与NOR FLASH 的技术对比；2. 最详细的存储单元对比详解；3. NAND FLASH与NOR FLASH 的最新市场份额及应用；4. NAND FLASH与NOR FLASH 的基础原理分析。

目前，NOR FLASH和NAND FLASH是市场上主要的非易失性闪存技术，但是据我了解，还是有很多工程师分不清NAND FLASH与NOR FLASH。首先，来一个直观的图片。

然后，我从权威的网站上找到了最新的NAND FLASH收益以及市场份额表，根据最新的表单，我们可以知道谁是这个市场的老大，做的比较好一些，一方面让工程师时刻知道市场的动向，另一方面可以在之后的器件选型等方面提供重要的参考。

一般来说，快闪记忆体可分为两大规格，一个是NAND, 一个是NOR。简单来说，NAND一般以存储数据为主，晶片容量大，容量可以达到2Gb甚至更大，NAND的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价；NOR一般以存储程序代码为主，又称为Code Flash，所以可让微处理器直接读取，但晶片容量较低，主流容量512Mb，NOR采用内存的随机读取技术。如果利用闪存只是用来存储少量的代码，这是NOR Flash更合适一些。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此很多使用NAND Flash的Demo Board除了使用NAND Flash以外，还加上一块小的NOR Flash来运行启动代码。通过下表我比较了几乎所有关于NAND FLASH以及NOR FLASH的全部重要特性。

然后，对于Flash三个重要概念的理解：

1. Flash属于非易失性存储设备，内部存储单元是MOSFET，里面有一个悬浮门(Floating Gate), 是存储数据的单元。与此对应的，易失性存储设备就是断电后，数据就丢失了，例如常用的内存，不论是之前的SDRAM，还是现在通用的DDR3以及DDR4，都是断电后，数据就没有了。

2. SLC和MLC的区别：NAND FLASH的内存单元可以分为两类，存储一位数据，也就是SLC(Single Level Cell); 对应的，存储多位数据的就是MLC(Multi Level Cell)，比如两位，或者四位。

3. 大多数的写入操作需要先进行擦除操作。

到此，对于NAND FLASH以及NOR FLASH 我们有了一个基本的认识。我对知识的学习一个重要的方法是对比，通过图表的对比更能看出各自的差异化，从而达到加深知识的效果，因此我做了下图来比较目前还算所有存储器的最小单元结构图，便于学习与理解。

原理分析 要说明此原理，需要一些基本的量子物理学，我认为以下这种论述是比较适合理解的，也很有趣：经典物理学认为，物体越过势垒，有一定的阈值能量；所以，粒子能量小于此阈值能量的不能越过，能量大于此阈值能量的可以越过。举例来说，我们骑自行车过坡道，如果先用力骑，因此有一定初入能量，坡道不高的话，即使不蹬自行车也可以依靠惯性过去；但是，如果坡道很高，不蹬自行车，可能车到了一半，可能就退回来了。而量子力学则认为，即便是粒子能量小于阈值能量，同时很多粒子冲向势垒，虽然也有一部分粒子会反弹，但是还会有一些粒子可以越过去，好像有一个隧道，因此称为量子隧道。

对比二者的差异发现，宏观上的确定性在微观上常常就具有不确定性。因为隧穿几率极小，因此通常情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，但是某些特殊条件下也会出现。当微电子器件进一步微型化是必须要考虑量子效应。NAND FLASH的擦写均是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电（写数据）或放电（擦除数据）；另外，NOR FLASH擦除数据也是基于隧道效应（电流从浮置栅极到硅基层），但在写入数据时则是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。对于FLASH闪存单元来说，它是为三端器件，与场效应管有相同的名称：源极、漏极和栅极。栅极与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，用来保护浮置栅极中的电荷不会泄漏。采用这种结构，使得存储单元具有了电荷保持能力。举个栗子，就像是装进瓶子里的水，当你倒入水后，水位就一直保持在那里，除非你再次倒入或倒出，所以闪存具有记忆能力。

绝缘浮置栅极是NAND存储数据的核心

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