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nor和nand手机电子产品的记忆力：NOR，NAND和UFS到底有什么区别？

发布时间 : 2024-10-10

作者 : 小编

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电子产品的记忆力：NOR、NAND和UFS到底有什么区别？

东芝在1984年开发出名为闪存的新型半导体存储器。实际上闪存也分为NOR和NAND两种，我们平时提及最多的乃是后者。

NOR：最早出现的闪存类型

最早问世的NOR型闪存的容量较小、使用简单、支持按字节寻址且随机读取速度快，可以实现XIP片内执行。通常用在路由器、机顶盒、物联网设备中，起到存储固件的作用。个别固态硬盘中也能看到NOR闪存用作固件存储器：

NOR闪存表现的更接近内存，小区块数据的随机读取速度比NAND闪存更快。在一些对性能要求不高的设备当中，可以让固件代码直接在NOR闪存当中运行，而无需独立的RAM内存组件。

除此之外，NOR闪存的使用也非常简单。使用中无需纠错引擎，只要十几块钱的编程器就可以对它进行烧录。

下图为利用编程器和SOP8免拆夹子对NOR闪存中的固件进行改写。NOR闪存的容量一般不超过256MB，路由器上多使用16MB或32MB容量。

NAND闪存：

如果不是NAND型闪存的出现，恐怕我们还生活在功能机时代。东芝在1987年开发了NAND型闪存，由于容量比NOR闪存大的多，NAND随后被广泛应用于各种存储卡和电子设备当中，成为应用最广泛的闪存类型。

下图是东芝TR200固态硬盘当中的BiCS3闪存，采用64层堆叠3D结构，TLC类型的它每个存储单元可以存储3bit数据。

NAND闪存的出错率比NOR闪存更高，需要专门设计的主控芯片进行管理。一颗固态硬盘主控包含FTL闪存转换层、数据纠错、磨损均衡、垃圾回收管理等功能模块。尽管使用起来比较复杂，但3D NAND闪存带来了极高的存储容量。使用BiCS3闪存的东芝TR200固态硬盘可以提供高达960GB的容量选择。

不过NAND型闪存的最小读写单位是Page而非字节，在闪存芯片当中一个Page的大小通常为16KB。NAND闪存的擦除单位是更大的Block，在东芝BiCS3闪存当中一个Block的容量高达12MB。NAND闪存没有办法像RAM内存那样自由寻址，而只能被用作硬盘存储器。

NAND的容量优势成就了它的主流地位，NOR闪存虽然并没有消失，但已经在越来越多的地方被NAND闪存所取代。

UFS闪存：

UFS其实并不属于一种独立的闪存类型，它是在NAND闪存的基础上增加了闪存控制器，并采用标准的封装接口。UFS存储芯片既承担了过去NOR闪存提供的固件存储与系统开机功能，也承担起NAND闪存的大容量数据存储职能。

UFS闪存不仅广泛应用在智能手机当中，车载电子产品中也大量应用了东芝推出的宽温型UFS芯片（支持-40℃至105℃），在高温、震动工控下它可以提供高速和可靠的数据存储功能，助力物联网与自动驾驶应用的发展。

苹果新机为NOR芯片再添一把火

上周，苹果发布了新机iPhone 12系列，再次掀起了一波购机热潮。与以往机型不同，今年的iPhone 12全系列都采用了OLED屏幕，这也是智能手机史上的首次。这样的配置对相关芯片的需求量巨大，典型代表就是NOR Flash，也正是因为OLED屏幕在手机上的普及，在2019年，NOR Flash就吹响了大量扩产的号角，一度引发市场热议，同时，也给本就紧缺的8英寸晶圆代工产能带来了更大的挑战，因为NOR Flash大多采用55nm以上成熟节点制程工艺制造，而这些正是8英寸晶圆代工的主要覆盖领域。

在这样的产业形势基础上，今年苹果新机全系列采用OLED屏幕，由于其产量巨大，据产业链人士介绍，苹果预期年底前生产7000万部iPhone 12系列手机，而通常手机品牌厂会额外订购10%的屏幕面板备用，这样，年底前，苹果共需要约8000万片OLED显示面板。这无疑又将进一步催热NOR Flash市场。

OLED与NOR Flash相得益彰

NOR Flash具有芯片内执行（XIP）和高可靠性等特点，但寿命相对较短，其在1~16Mb的小容量应用方面具有很高的成本效益，在功能机时代，凭借NOR+PSRAM架构称霸一时，其中，NOR Flash用来存储代码和数据，PSRAM 作为MCU和DSP执行运算时的数据缓存。

NOR Flash主要分为串行和并行两种，串行NOR Flash的特点是接口简单、轻薄、功耗和系统总体成本更低，虽然读取速度不及并行的，但已成为市场和应用的首选。而与NAND相比，NOR的成本较高，容量小，且写入速度慢，传统上，主要用于功能手机、电视、机顶盒、USB Key等小容量代码存储。

市场规模方面，NAND约占42%，而NOR只有3%；制程方面，NOR对先进节点的要求不高，一般采用55nm和65nm；虽然NOR的擦除和写入速度相对较慢，但其读取速度非常快，这也是它能够在应用中安身立命的核心价值所在。

由于NOR Flash容量小、成本高，一度被大厂边缘化，但随着5G、OLED显示面板和自动驾驶汽车等新兴市场的快速发展，NOR重新唤起了厂商的关注。特别是OLED显示面板，在当下的高端机已成为标配，而且，随着技术的不断成熟，以及面板和相关芯片成本的下降，越来越多的中端机型也开始采用OLED显示，苹果iPhone 12全系列机型全部采用OLED面板，在一定程度上可以看作是这种显示技术发展的一个里程碑，其全面替代LCD的时代来临了。

那么，为什么OLED显示面板的普及，会直接带动NOR Flash需求量的大幅提升呢？

这是因为，由于工艺原因，OLED存在亮度均匀性和残像两大难题，需要进行补偿，补偿方法分为内部补偿和外部补偿。内部补偿的效果不好，难以解决残像问题；外部补偿则具有像素结构简单，驱动速度快和补偿范围大的优点，是实际应用中的首选。

外部补偿时，需要外挂一颗NOR Flash，以避免AMOLED面板的蓝色光会随时间消退的问题。在Full HD情况下，需要用8Mb的NOR Flash，而QHD则需要用到16Mb的NOR Flash。

目前，手机上的OLED显示面板主要采用AMOLED技术，且应用越来越普遍，这就带动了中端NOR Flash需求的增长，其复合增速达到了24%。WitsView预测，到2020年，AMOLED在智能手机市场的占有率将达到49.4%。以2018年15亿部智能手机的出货量计算，AMOLED的市占率为35.3%，对NOR Flash的需求量达到5.3亿个，2020年将达到7.8亿个。

市场争夺加剧

NOR Flash市场主要被华邦电、旺宏、兆易创新、Cypress（2019年被英飞凌收购）和美光这五大厂商占据。其中，美光和Cypress主要生产高容量的NOR Flash，主要用于汽车、工控和航天领域；华邦电和旺宏则以中等容量的NOR芯片为主，兆易创新早期依靠低容量产品切入NOR芯片市场，正在向高端领域过渡和发展。华邦电、旺宏和兆易创新这三家更专注于消费类电子产品市场。

在手机OLED市场，NOR Flash争夺战主要在华邦电和兆易创新这两家之间进行。同时，它们也是在全球总体NOR Flash市占率方面排名第一和第三的厂商。

相对来讲，旺宏的NOR Flash更多用在了5G基站上，目前，市场上高达8成的5G基站都采用了旺宏的NOR Flash，而华为则是该公司的一大客户。

因此，当下的OLED用NOR Flash市场，主要在华邦电和兆易创新之间争夺。

华邦电在这一领域一直拥有最大话语权，就以今年的iPhone 12系列新机为例，华邦电成为了iPhone新机OLED面板外挂NOR Flash芯片的独家供货商，独享了这样一笔大单。据悉，从该公司下单，苹果甚至不谈价钱，直接拉货，华邦电今年又要大赚一笔了。

另外，华邦电一直是三星OLED显示面板的主要NOR Flash供货商，在苹果iPhone X、iPhone XS、iPhone 11 Pro机型中，均供货OLED面板外挂的NOR Flash芯片，去年的iPhone 11 Pro，则由华邦电与兆易创新分食了订单。

兆易创新方面，这几年上升的势头明显，在全球NOR Flash榜单上，从去年的第五名，快速晋升到了现在的第三名，仅次于华邦电和旺宏。通过多年的技术积累，该公司最为擅长的NOR Flash受到了越来越多的市场认可，使得该公司今年的订单满载，以致于无产能供货苹果iPhone手机OLED显示面板用NOR Flash，这在客观上给华邦电创造了更大的商机。

据悉，苹果从8月起开始拉货，目前，华邦电相关订单需求已经排到2021年第一季度。

而在iPhone 12系列新机的带动下，华为、OPPO、vivo、小米等手机厂商全面跟进，业界预估，2020年在5G新机带动下，全球采用OLED显示面板的手机出货量将超过6亿部，年增长率达到46％。

特别是华为，由于受到贸易限制，华为在9月之前提前大量下单各种手机芯片，其中就包括NOR Flash。在华为提前拉货带动下，华邦电NOR Flash产能在7月初起开始满载，不过，尽管9月中旬后已无法供货给华为，但随着旺季到来，需求快速复苏，且新iPhone正好蓄力，加上部分客户NOR Flash库存已见底，供不应求。需要预先备库存，使得华邦电产能持续满载。

转单效应

从总体市场供给来看，包括华邦电、旺宏、美光等IDM厂近一年来没有新增产能，只是通过制程微缩来增加产量。而从代工端来看，主要由中芯国际、华虹宏力、武汉新芯等提供产能。但近期可提供NOR Flash代工的50nm/60nm产能已供不应求，2020年第四季度之前无法增加投片，使得全年NOR Flash供给都处于吃紧状态。

由于中国大陆晶圆代工厂有可能遭受更严苛的贸易限制，使得中国台湾地区厂商有机会迎来NOR Flash转单潮，包括台积电、联电、世界先进。这种局面一旦真的出现，NOR Flash产能可能更加吃紧，这在客观上会进一步提升华邦电和旺宏的市场地位。

另外，全球8英寸晶圆代工月产能本就非常紧张，已长期处于供不应求的状态，在这种情况下，若NOR Flash大范围转单真的出现，无疑会使全球本已十分紧张的8英寸晶圆代工产能雪上加霜，估计到时候价格又要上涨了。

结语

展望未来几年，由于5G手机有相应的技术要求，将加速提升OLED手机显示面板的渗透率。预计2021年会有一半以上的智能手机采用OLED显示面板。整体而言，OLED面板需求会持续爆发，必将带动NOR Flash需求加速增长。

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