存储芯片 emmc、Nand flash、Nor flash之间有什么区别

随着存储领域的发展，有很多不同的存储介质，今天ICMAX就带大家来分一分emmc、Nand flash、Nor flash之间的区别。

emmc：全称为embeded MultiMedia Card，是一种嵌入式非易失性存储器系统，由Nand flash和Nand flash控制器组成，以BGA方式封装在一款chip上。

Nand flash：一种存储数据介质；若要读取其中的数据，需要外接的主控电路。

Nor flash：也是一种存储介质；它的存储空间一般比较小，但它可以不用初始化，可以在其内部运行程序，一般在其存储一些初始化内存的固件代码。

这里主要重点讲的是emmc 和Nand flash 之间的区别，主要区别如下：

(1) 在组成结构上：emmc存储芯片简化了存储器的设计，将NAND Flash芯片和控制芯片以MCP技术封装在一起，省去零组件耗用电路板的面积，同时也让手机厂商或是计算机厂商在设计新产品时的便利性大大提高。而NAND Flash仅仅只是一块存储设备，若要进行数据传输的话，只能通过主机端的控制器来进行操作，两者的结构图如下：

(2) 在功能上：eMMC则在其内部集成了 Flash Controller，包括了协议、擦写均衡、坏块管理、ECC校验、电源管理、时钟管理、数据存取等功能。相比于直接将NAND Flash接入到Host 端，eMMC屏蔽了 NAND Flash 的物理特性，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 NAND Flash 进行特殊的处理。同时，eMMC通过使用Cache、Memory Array 等技术，在读写性能上也比 NAND Flash要好很多。而NAND Flash 是直接接入 Host 端的，Host 端通常需要有 NAND Flash Translation Layer，即 NFTL 或者 NAND Flash 文件系统来做坏块管理、ECC等的功能。另一方面，emmc的读写速度也比NAND Flash的读写速度快，emmc的读写可高达每秒50MB到100MB以上；

二、emmc的初始化和数据通信

emmc与主机之间通信的结构图：

其中包括Card Interface（CMD，DATA，CLK）、Memory core interface、总线接口控制（Card Interface Controller）、电源控制、寄存器组。

图中寄存器组的功能见下表：

CID: 卡身份识别寄存器 128bit,只读， 厂家号，产品号，串号，生产日期。

RCA: 卡地址寄存器，可写的16bit寄存器，存有Device identification模式由host分配的通信地址，host会在代码里面记录这个地址，MMC则存入RCA寄存器，默认值为0x0001。保留0x0000以用来将all device设置为等待CMD7命令状态。

CSD: 卡专有数据寄存器部分可读写128bit，卡容量，最大传输速率，读写操作的最大电流、电压，读写擦出块的最大长度等。

SCR: 卡配置寄存器， 可写的 64bit 是否用Security特性(LINUX不支持)，以及数据位宽（1bit或4bit）。

OCR: 卡操作电压寄存器 32位， 只读，每隔0.1V占1位， 第31位卡上电过程是否完成。

（5）Device Identification Mode和初始化

MMC通过发CMD的方式来实现卡的初始化和数据通信

Device Identification Mode包括3个阶段Idle State、Ready State、Identification State。

Idle State下，eMMC Device会进行内部初始化，Host需要持续发送CMD1命令，查询eMMC Device是否已经完成初始化，同时进行工作电压和寻址模式协商：eMMC Device 在接收到这些信息后，会将OCR的内容（MMC出厂就烧录在里面的卡的操作电压值）通过 Response 返回给 Host，其中包含了 eMMC Device 是否完成初始化的标志位、设备工作电压范围 Voltage Range 和存储访问模式 Memory Access Mode 信息。

如果 eMMC Devcie 和 Host 所支持的工作电压和寻址模式不匹配，那么 eMMC Device 会进入Inactive State。

Ready State，MMC完成初始化后，就会进入该阶段。

在该 State 下，Host 会发送 CMD2命令，获取eMMC Device 的CID。

CID，即 Device identification number，用于标识一个 eMMC Device。它包含了 eMMC Device 的制造商、OEM、设备名称、设备序列号、生产年份等信息，每一个 eMMC Device 的 CID 都是唯一的，不会与其他的 eMMC Device 完全相同。

eMMC Device 接收到CMD2后，会将 127 Bits 的CID的内容通过 Response返回给 Host。

Identification State，发送完 CID 后，eMMC Device就会进入该阶段。

Host 会发送参数包含 16 Bits RCA 的CMD3命令，为eMMC Device 分配 RCA。设定完 RCA 后，eMMC Devcie 就完成了 Devcie Identification，进入 Data Transfer Mode。

注：emmc初始化和数据通信的过程，有点类似USB协议，USB控制器去发送请求给USB设备，以IN包和OUT包的形式去建立与USB设备之间的通信，默认状态下，USB设备也是0地址的，与控制器分配设备地址。（感兴趣的可以看一下USB2.0的协议，主要是第8和9章内容）

三、eMMC工作电压和上电过程

根据工作电压的不同，MMC卡可以分为两类：

High Voltage MultiMediaCard，工作电压为3.3V左右。

Dual Voltage MultiMediaCard，工作电压有两种，1.70V~1.95V和2.7V~3.6V，CPU可以根据需要切换

我所使用的eMMC实测工作电压VCC为2.80V~2.96V，VCCQ为1.70V~1.82V。

其中VCC为MMC Controller/Flash Controller的供电电压，VCCQ为Memory和Controller之间I/O的供电。

上电初始化阶段MMC时钟频率为400KHz，需要等电压调整到它要求的VCC时（host去获取OCR中记录的电压值，上面有说），MMC时钟才会调整到更高的正常工作频率。

NOR Flash主要厂商及产品

一、2020第一季NOR Flash厂商市占排名

据集邦咨询2020第一季NOR Flash厂商市占数据，NOR Flash营收市占第一是旺宏，其制程在业界相对领先，目前采用55nm制程生产，月产能约在20K左右。由于该公司NOR Flash产品线完整，从低容量至高容量齐备，尤其看中未来5G基站的商机，512Mb的NOR Flash将是旺宏生产的主要产品之一，为产业当中少数提供大容量的解决方案。

排名第二的华邦电紧追在后，目前是使用58/90nm制程，每月产能约在18K。

排名第三则是中国的兆易创新，近几年无论在产品质量与产出量方面都有明显跃进，甚至拿下Apple的AirPods订单，其研发实力已被肯定，月产能约9K，分别在中芯国际（SIMC）与华力微投片生产。值得注意的是，兆易创新集团与长鑫存储（CXMT）有紧密合作，意味着兆易创新集团同时握有中国NOR Flash与DRAM的自主研发能力，扮演中国半导体发展的重要角色。

二、NOR 市场增量来源

带动NOR Flash市场增量的原因主要有以下三点，首先，TWS近几年出货量上升，2020E年TWS耳机出货量接近250百万副。

其次全球智能手机面板与OLED也是带动增量 的重要原因， 2020E年智能手机出货量达到1788百万台，此外，AMOLED出货量达到715.2百万颗，带动NOR 市场增量443.42百万元。

AI-IoT的高速发展也为NOR市场增量助力 ，带动增量2600.78百万元。最后，5G的普及率提高，成为NOR市场增量的主要推手，其贡献市场增量达6011.84百万元。

三、NOR主要厂商及产品

电子发烧友梳理了NOR Flash主要厂商及其产品，其中旺宏、华邦、武汉新芯等厂商在NOR Flash领域占有重要地位，英飞凌收购Cypress后，其Serial NOR Flash产品运用于汽车导航与娱乐系统。此外，国内的兆易创新NOR Flash营收排在第三位，具有研发、生产、销量NOR相关产品能力，具体详情见下表。

旺宏

旺宏电子从512KB到256Mb的密度在一个8-pin SOP（采用150mil，200mil）或16引脚SOP封装（300 mil）的串行闪存产品。这些设备，在X1组织提供，支持读取，擦除和编程操作。这些产品采用串行外设接口（SPI）协议。旺宏串行闪存不仅有利于系统的硬件配置，但也降低了系统设计的复杂性。我们的操作过电压范围为2.7V至3.6V 3V产品。现在可从512KB到256Mb的所有产品。

此外，旺宏电子与双I / O和四I / O操作，它的两倍和四倍读取性能到300Mbits/second的高端消费类应用，还提供了高性能的串行闪存产品。在时钟的上升沿和下降沿触发，DTR（双传输速率）模式，进一步提高读取速度400Mbits/second。多个I / O产品提供容量为8MB及以上。旺宏电子也提供了一系列低电压，1.8V和2.5V的双I / O和四I / O接口的串行闪存产品。

旺宏电子为3V，1.8V和5V的行业标准并行快闪记忆体产品提供了一个广泛的产品线，从2Mb到1Gb密度。这些产品具有引导和统一的部门架构在x8，x16，和x8/x16可选配置。旺宏快闪记忆体，为客户提供符合成本效益，高性能和可靠的产品，提供低功耗，高耐用性和可靠性。

旺宏电子3V并行闪存产品都可以在两个的版本：MX29LV系列（标准的读访问）和MX29GL MX68GL系列（页面模式访问）。旺宏电子还提供了1.8V以下并行闪存产品：MX29SL（标准访问），MX29NS（突发模式下，AD-MUX），和MX29VS（突发模式，同步读写，AD-MUX）。

提供8位、16位、8位/16位可选的数据传输方式。电源电压有5V，3V和1.8V。MX29GL系列产品提供先进的页模式接口，在读访问和编程操作上都进行了优化，用户可以使用页模式连续读取多个数据。

华邦

1.2V Serial NOR Flash

华邦推出支援最新业界标准低电压1.2V，且能支援dual、quad SPI 和Quad Peripheral Interface (QPI) 的NOR Flash是前所未见的。W25QxxND 1.2V系列产品跟既有3V和1.8V的闪存产品具有相当的操作效能，且能进一步的节省功耗。对于由电池供电且设计空间有限的装置，像是行动装置、物联网和穿戴式装置，和对于需要省电且低功耗的闪存，W25QxxND 1.2V系列产品提供2mm x 3mm USON8、narrow 150mil SOP8、6x5mm WSON 8-pin封装和KGD (Known Good Die)。1.2V系列产品可延伸操作到1.5V，利用单颗干电池即可运作，不像一般需将两个电池串联到3V才可操作的设计。

2、W25X 与W25Q

台湾华邦的W25X 与W25Q SpiFlash® Multi-I/O记忆体支援通用的SPI介面，容量从512Kb 到 512Mb，具有小容量分割的可擦除区块与业界操作效能。W25X系列支援Dual-SPI双线输出入模式，相当于将原本标准SPI的操作频率变为两倍。

W25X系列支援Dual-SPI双线输出入模式，相当于将原本标准SPI的操作频率变为两倍。W25Q系列是25X系列的进阶版，可支援Quad-I/O SPI四线输出入模式提供更高的效能，操作频率104MHz同等于416MHz(50M-Byte/S传输率)，相当于是一般单线SPI操作的4倍效能。W25Q系列不但效能超过Parallel flash，还提供更少脚位的封装。

更快的传输率代表控制器可以直接透过SPI介面与闪存做晶片内执行(XIP, eXecute In Place)，或是加快复制代码到RAM使开机速度加快。除此之外，部分SpiFlash®支援QPI (Quad Peripheral Interface)让指令集可更快的传输，加快XIP的传输效率。另外更小的封装， 更利于对设计空间有限的手持和行动装置应用。

武汉新芯

武汉新芯推出50nm Floating Gate工艺SPI NOR Flash宽电压产品系列XM25QWxxC。该产品系列支持低功耗宽电压工作范围，适用于物联网、可穿戴设备和其它功耗敏感应用产品设计方案。

XM25QWxxC系列产品的读速在1.65V至3.6V电压范围内可达108MHz（在所有单/双/四通道和QPI模式下均支持），提供比其他供应商更快更强的性能，在电源电压下降后，时钟速度没有任何减慢。其传输速率优胜于8位和16位并行闪存。在连续读取模式下可以实现高效的存储器访问，仅需8个时钟的指令周期即可读取24位地址，从而实现真正的XIP（execute in place）操作。

XM25QWxxC系列flash芯片支持SOP8和USON8封装，适用于便携式产品设计。

XM25QH256B

单一电压供应，电压：2.7V至3.6V，用于快速读取操作最高为133 MHz，灵活的存储体系结构，扇区大小：4K字节

兆易创新

GigaDevice 提供超低功耗闪存系列，具有零深度待机电流

GIGADEVICE 提供 GD25WD 系列，具有零深度待机电流和低有源读取电流，适用于低功耗应用。GD25WD 系列亮点包括零待机电流和 1.65 V 至 3.6 V 的宽电压范围。128 位唯一 ID 功能还为低功耗应用提供增强的安全性。电压为1.65 V 至 3.6 V，密度为512 Kb ~ 8 Mb，采用单/双 SPI接口，双 SPI 数据传输速率高达每秒 160 Mb，还有灵活的内存架构（扇区大小：4K 字节，块大小：32/64K 字节），高可靠性，20 年数据保留和 100,000 次编程/擦除周期。

Micron

Micron Technology 串行 NOR 解决方案专为满足消费电子、工业、有线通信和计算应用需求而设计。Micron 的行业标准封装、引脚分配、指令集和芯片组兼容性易于为设计采用，节省了宝贵的开发时间，同时确保与现有和未来设计的兼容性。

多 I/O（单、双和四通道）串行 NOR 线路具有吸引人的读取性能（高达 54 MB/s）、灵活的存储器分区（均匀 64 KB 和 4 KB）、小型封装尺寸以及宽封装支持。N25Q 基于 65 nm 技术，采用 1.8 V 和 3 V 电源供电 ，也提供汽车级版本。N25Q 可兼容 M25P 和 M25PX 系列。

英飞凌

对于专注于保护信息和维护系统完整性的客户来说，拥有安全的连接系统是头等大事。随着系统越来越依赖外部NOR Flash来保护连接系统中的代码和数据，对内存中添加高级密码安全性的需求也越来越大。英飞凌表示，它的Semper Secure NOR Flash架构为其功能安全的Semper产品添加了一个安全子系统，以实现端到端的持久保护，并有效地保护系统不受损害。

Semper Secure NOR Flash系列包括AEC-Q100汽车认证设备，扩展温度范围为-40°C至+125°C，支持1.8-V和3.0-V工作范围，并提供128 Mb、256 Mb和512 Mb的密度。Semper Secure NOR Flash的设计完全符合ISO 26262标准，并符合ASIL-B标准，可用于ASIL-D之前的系统中。实施的EnduraFlex架构通过优化高耐久性或长数据保留分区简化了系统设计。设备提供四串行外围接口（SPI）、八进制SPI和hybibus接口。八进制和超总线接口设备符合用于高速x8串行NOR闪存的JEDEC扩展SPI（xSPI）标准，并提供高达400mbps的读取带宽。

恒烁

恒烁半导体可提供具有通用SPI接口的Flash存储器，主要产品为1.8V工作电压的ZB25LD/ZB25LQ系列，3.0V工作电压的ZB25VQ/ZB25D系列，以及1.8/3.3V宽工作电压的ZB25WD/ZB25WQ系列。可供选择的容量大小为1Mbit到256Mbit。

配合最高133MHz的工作频率，和标准、双口和四口的工作模式，恒烁半导体的SPI NOR Flash产品可支持高达到（Dual）266MHz和（Quad）532MHz的数据交换速度。

恒烁半导体SPI NOR Flash产品的静态电流最低至1uA，数据保持时间20年，擦写次数可达10万次，工作温度范围-40℃～105℃。产品具有可靠性高，功耗低，和先进的安全特性，应用范围涵盖了DVD/CD drives，STB，DPF，Desktop和Notebook PC，DVD Recorders，WLAN，DSL，LCD Monitors，Flat Panel TV，Printers，GPS，MP3等等。

复旦微电子

复旦微电子拥有丰富的NOR Flash设计经验，现可提供通用SPI接口Flash存储器:2.3V~3.6V工作电压范围的FM25F/FM25Q系列及1.65V~3.6V款工作电压范围的FM25W系列。产品具有高可靠性及高安全性，应用范围涵盖了手机，网通、安防，PC，物联网，显示面板，办公设备及工控产品等。

产品特性：

● 容量: 0.5Mbit到256Mbiit

● 多种接口模式：SPI，Dual SPI，Quad SPI，QPI

● 工作电压：1.65V-3.6V（FM25WXX），2.3V-3.6V(FM25FXX/FM25QXX)

● 可靠性：数据保持时间20年，擦写寿命10万次

● 小型化封装：SOP8(208mil)，SOP8(150mil)，DFN8，WLCSP

● 安全特性：硬件写保护，32Byte安全扇区，128bit UID

中天弘宇

中天弘宇集成电路有限责任公司拥有丰富的NOR Flash设计经验，现可提供通用SPI接口Flash存储器，工作电压在1.08V~3.6V的范围。产品具有高可靠性及高安全性。

产品特性：1）很小的单个bit颗粒，面积可达4F² 2）规划产品容量256Mbit到4Gbit 3）接口模式：SPI，Dual SPI，Quad SPI , DDR 4）工作电压：1.08V-3.6V 5）可靠性：数据保持时间20年，擦写寿命10万次 6）小型化封装：SOIC，VSOP , WSON, USON, PDIP

东芯

东芯串行NOR FLASH系列产品可提供具有通用SPI接口不同规格的NOR Flash，容量从2Mb到256Mb，3.3V/1.8V两种电压，支持Single/Dual/Quad SPI和QPI四种指令模式以及多种封装方式，可适应多种应用场景。专注在中小容量，性价比高，广泛应用于对存储空间需求不高的设备中。

芯天下

芯天下技术提供业界标准的25 系列串口NOR Flash产品，小型化封装、多容量选择，兼容的指令集，宽电压和高可靠性全面覆盖消费，通讯、工业和个人电脑等应用领域。

1．超低功耗，深度睡眠电流典型值低至 60nA；2．BP位保护、OTP保护、独立block区域保护确保代码安全；3．高可靠性，确保10万次擦写，数据保存时间长达20年；4．支持 1.65~2.1V, 2.7~3.6V, 1.65~3.6V 宽电压，容量1Mb~1Gbit；5．DFN 1.2x1.2x0.40mm，2x3x0.40mm，4x3x0.55mm 等小尺寸封装；6．提供 KGD 产品与服务支持SiP合封需求。

时代芯存

产品概况和性能参数介绍：采用先进的40纳米CMOS工艺制程，芯片尺寸13.74 mm2，存储数据前无需进行擦除动作工作电压+1.8V—+3.6V，SPI接口，最大工作频率133MHz。

产品可靠性参数介绍：产品耐擦写次数大于10^5次，强大的抗辐射性能，25℃数据保存时间20年，工作温度-40℃—+85℃，2kV ESD防静电保护能力。

扬贺扬微电子科技

NOR Flash系列的2M（HY25D02IEIAAG）和4M的HY25D04IEIAAG采用的都是USON 2x3mm工艺，8M、16M、32M、64M、128M系列都采用的是SO-8 208mil。

工作电压范围是2.7至3.6V，工作温度-40℃—+85℃。

芯泽电子科技

芯泽电子科技可提供具有通用SPI接口的Flash存储器，主要产品为ZD25Q和ZD25LQ系列，工作电压为1.8V和3.3V，可供选择的容量大小分别为2Mbit到128Mbit，最高支持105MHz的工作频率，可在双口和四口模式下工作，芯泽电子SPI NOR Flash产品的静态电流最低至1uA，数据保持时间20年，擦写次数可达10万次，工作温度范围-40℃～+85℃。产品具有可靠性高，功耗低，和先进的安全特性，应用范围涵盖了DVD/CD drives，STB，DPF，Desktop和Notebook PC，DVD Recorders，WLAN ，DSL，LCD Monitors，Flat Panel TV，Printers，GPS，MP3 等等。

豆萁科技

豆萁科技SPI NOR FLASH系列产品遵循国际JEDEC标准中关于接口及控制模式的规定，按照JEDEC相关标准进行严格测试。公司采用先进设计技术，优化存储单元的读写操作，实现低功耗和高性能：运行速度快，支持多种擦写模式，擦写次数高达10万次，数据可保存20年以上。通过与上下游密切合作，提供SOP，VSOP，TSSOP，DIP, WSON, BGA，USON等多种封装形式以满足在消费类、工业级和医疗电子等多种应用领域需求。

博雅科技

目前，正在研发的3.0V及1.8V，512 Kbit～256 Mbit高端通用芯片系列产品属国家重点鼓励发展的核心芯片，代表性产品SPI串行闪存已经完成研发设计，性能参数指标已全面通过客户的验证，进入大规模量产阶段。博雅BY25Q128AL工作温度范围为-40至+85℃，采用VSOP8 208mil封装，容量为128M。

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