NAND Flash与NOR Flash究竟有何不同｜半导体行业观察

来源：内容由 微信公众号 半导体行业观察 （ID：icbank） 翻译自「embedded」，作者 Avinash Aravindan，谢谢。

嵌入式系统设计人员在选择闪存时必须考虑许多因素：使用哪种类型的Flash架构，是选择串行接口还是并行接口，是否需要校验码（ECC）等。如果处理器或控制器仅支持一种类型的接口，则会限制选项，因此可以轻松选择内存。但是，情况往往并非如此。例如，一些FPGA支持串行NOR闪存、并行NOR闪存和NAND闪存来存储配置数据，同样，它们也可以用来存储用户数据，这使得选择正确的存储器件更加困难。本文将讨论闪存的不同方面，重点放在NOR闪存和NAND闪存的差异方面。

存储架构

闪存将信息存储在由浮栅晶体管制成的存储单元中。这些技术的名称解释了存储器单元的组织方式。在NOR闪存中，每个存储器单元的一端连接到源极线，另一端直接连接到类似于NOR门的位线。在NAND闪存中，几个存储器单元（通常是8个单元）串联连接，类似于NAND门（参见图1）。

NOR Flash（左）具有类似NOR门的架构。NAND Flash（右）类似于NAN

NOR Flash架构提供足够的地址线来映射整个存储器范围。这提供了随机访问和短读取时间的优势，这使其成为代码执行的理想选择。另一个优点是100％已知的零件寿命。缺点包括较大的单元尺寸导致每比特的较高成本和较慢的写入和擦除速度。

相比之下，与NOR闪存相比，NAND闪存具有更小的单元尺寸和更高的写入和擦除速度。缺点包括较慢的读取速度和I / O映射类型或间接接口，这更复杂并且不允许随机访问。值得注意的是，NAND Flash中的代码执行是通过将内容映射到RAM来实现的，这与直接从NOR Flash执行代码不同。另一个主要缺点是存在坏块。NAND闪存通常在部件的整个生命周期内出现额外的位故障时具有98％的良好位，因此，器件内需要ECC功能。

存储容量

与NOR闪存相比，NAND闪存的密度要高得多，主要是因为其每比特成本较低。NAND闪存通常具有1Gb至16Gb的容量。NOR闪存的密度范围从64Mb到2Gb。由于NAND Flash具有更高的密度，因此主要用于数据存储应用。

擦除/读写

在NOR和NAND闪存中，存储器被组织成擦除块。该架构有助于在保持性能的同时保持较低的成本，例如，较小的块尺寸可以实现更快的擦除周期。然而，较小块的缺点是芯片面积和存储器成本增加。由于每比特成本较低，与NOR闪存相比，NAND闪存可以更经济高效地支持更小的擦除块。目前，NAND闪存的典型块大小为8KB至32KB，NOR Flash为64KB至256KB。

NAND闪存中的擦除操作非常简单，而在NOR闪存中，每个字节在擦除之前都需要写入“0”。这使得NOR闪存的擦除操作比NAND闪存慢得多。例如，NAND闪存S34ML04G2需要3.5ms才能擦除128KB块，而NOR闪存S70GL02GT则需要约520ms来擦除类似的128KB扇区。这相差近150倍。

如前所述，NOR闪存具有足够的地址和数据线来映射整个存储区域，类似于SRAM的工作方式。例如，具有16位数据总线的2Gbit（256MB）NOR闪存将具有27条地址线，可以对任何存储器位置进行随机读取访问。在NAND闪存中，使用多路复用地址和数据总线访问存储器。典型的NAND闪存使用8位或16位多路复用地址/数据总线以及其他信号，如芯片使能，写使能，读使能，地址锁存使能，命令锁存使能和就绪/忙碌。NAND Flash需要提供命令（读，写或擦除），然后是地址和数据。这些额外的操作使NAND闪存的随机读取速度慢得多。例如，NAND闪存S34ML04G2需要30μS，而NOR闪存S70GL02GT需要120nS。因此，NOR比NAND快250倍。

为了克服或减少较慢读取速度的限制，通常以NAND闪存中的页方式读取数据，每个页是擦除块的较小子部分。仅在每个读取周期开始时使用地址和命令周期顺序读取一页的内容。NAND闪存的顺序访问持续时间通常低于NOR闪存设备中的随机访问持续时间。利用NOR Flash的随机访问架构，需要在每个读取周期切换地址线，从而累积随机访问以进行顺序读取。随着要读取的数据块的大小增加，NOR闪存中的累积延迟变得大于NAND闪存。因此，NAND Flash顺序读取可以更快。但是，由于NAND Flash的初始读取访问持续时间要长得多，两者的性能差异只有在传输大数据块时才是明显的，通常大小要超过1 KB。

在两种Flash技术中，只有在块为空时才能将数据写入块。NOR Flash的慢速擦除操作使写操作更慢。在NAND Flash中，类似于读取，数据通常以页形式编写或编程（通常为2KB）。例如，单独使用NAND闪存S34ML04G2 写入页面需要300μS。

为了加快写入操作，现代NOR Flashes还采用类似于页面写入的缓冲区编程。例如，前文所述的NOR闪存S70GL02GT，支持缓冲器编程，这使其能够实现与单词相似写入超时多字节编程。例如，512字节数据的缓冲区编程可以实现1.14MBps的吞吐量。

能耗

NOR闪存在初始上电期间通常需要比NAND闪存更多的电流。但是，NOR Flash的待机电流远低于NAND Flash。两个闪存的瞬时有功功率相当。因此，有效功率由存储器活动的持续时间决定。NOR Flash在随机读取方面具有优势，而NAND Flash在擦除，写入和顺序读取操作中消耗的功率相对较低。

可靠性

保存数据的可靠性是任何存储设备的重要性能指标。闪存会遭遇称为位翻转的现象，其中一些位可以被反转。这种现象在NAND闪存中比在NOR闪存中更常见。出于产量考虑，NAND闪存随附着散布的坏块，随着擦除和编程周期在NAND闪存的整个生命周期中持续，更多的存储器单元变坏。因此，坏块处理是NAND闪存的强制性功能。另一方面，NOR闪存带有零坏块，在存储器的使用寿命期间具有非常低的坏块累积。因此，当涉及存储数据的可靠性时，NOR Flash具有优于NAND Flash的优势。

可靠性的另一个方面是数据保留，这方面，NOR Flash再次占据优势，例如，NOR Flash闪存S70GL02GT提供20年的数据保留，最高可达1K编程/擦除周期，NAND闪存S34ML04G2提供10年的典型数据保留。

编程和擦除周期的数量曾是一个需要考虑的重要特性。这是因为与NOR闪存相比，NAND闪存用于提供10倍更好的编程和擦除周期。随着技术进步，这已不再适用，因为这两种存储器在这方面的性能已经很接近。例如，S70GL02GT NOR和S34ML04G2 NAND都支持100,000个编程 - 擦除周期。但是，由于NAND闪存中使用的块尺寸较小，因此每次操作都会擦除较小的区域。与NOR Flash相比，其整体寿命更长。

表1提供了本文中讨论的主要内容摘要。

NOR闪存和NAND闪存的主要特性与一般和具体比较数据的比较。

通常，NOR闪存是需要较低容量、快速随机读取访问和更高数据可靠性的应用的理想选择，例如代码执行所需。NAND闪存则非常适用于需要更高内存容量和更快写入和擦除操作的数据存储等应用。

为啥SSD都爱带RGB？这是多此一举吗

玩DIY的小伙伴们在攒机的时候，都喜欢选择一些带有RGB灯光效果的电脑硬件，以此在夜晚发出炫酷灯光，这也是装机圈的风潮，不管你喜欢或是不喜欢，如今各大品牌都在做RGB相关产品，从风扇、主板、水冷、显卡开始，再到机箱、电源等等..........

科赋CRAS C700 RGB SSD

从去年开始，我们也在市面上看到一些带有RGB效果的固态硬盘，目前做RGB SSD的品牌不少，都各有特色，今年我们也见到了科赋旗下的CRAS C700 RGB SSD，我们可以看到，这款SSD的RGB灯效十分惊艳，那我们有必要选择RGB灯效的SSD吗，选择它是否会影响SSD的性能呢？

海力士原厂72层3D NAND Flash

科赋的C700 RGB SSD采用的主控芯片是慧荣的SM2263EN，在闪存颗粒方面则采用了自家的72-layer 3D NAND Flash，PCie 3.0，提供有120GB/240GB/480GB三种容量选择，享有科赋的五年质保服务。

三种容量

科赋的这款RGB SSD除了拥有强悍的基础硬件配置以外，RGB还支持自定义模式，适配于各大主流软件平台，搭载的智能SLC缓存技术能够有效增强SSD的性能与耐用性，同时内部的LDPC/ECC/S.M.A.R.T则能够很好的保证SSD的稳定和数据完整性。

1600MB/s读取速度

介绍完这款RGB SSD的基础硬件配置以后，我们就该对其进行性能测试了，具体表现如何呢？

我们首先使用CrystalDiskMark来对这款SSD的连续读写进行测试，这是一款简单易用的硬盘性能测试软件，但测试项目非常全面，涵盖连续读写、512K和4KB数据包随机读写性能，以及队列深度（QueueDepth）为32的情况下的4K随机性能。队列深度描述的是硬盘能够同时激活的最大IO值，队列深度越大，实际性能也会越高。

连续读写

通过测试成绩我们可以看到，科赋的这款C700 RGB SSD表现相当优秀，在读写方面均超过了官方的宣称标准，分别为1601MB/s，1377MB/s。

第二项测试为4k性能随机读写测试，4k性能的高低，决定了产品在日常复杂的应用场景中的实际体验，在一定程度上更能反映出产品的实际性能，我们一般使用ASSSD Benchmak进行测试。

4K随机读写

4K随机读写的测试成绩延续了连续读写测试的较好表现，读写成绩分别为200K IOPS，269K IOPS，这也是改价位段产品的主流表现。

第三项测试我们使用ATTO Disk Benchmark来进行，它是一款简单易用的磁盘传输速率检测软件,可以用来检测硬盘,U盘,存储卡及其它可移动磁盘的读取及写入速率。由于该软件使用了不同大小的数据测试包,所以能够真实模拟固态硬盘等存储工具在日常生活中的工作模式，因而能够客观真实的反应固态硬盘的在实际生活中的性能，对于普通用户有一定的参考价值和意义。

此款软件还有个创新之处在于，每一项数据测试完成后系统会用柱状图的形式表达出来，简洁明了展现出大小比例不同的文件对于磁盘读写速度的影响。

文件读写

在文件读写测试中，科赋的这款SSD表现依旧十分稳定，读取成绩依旧在1600MB/s以上，而在写入方面有小幅提升，这也足以可见这款SSD性能的强悍所在。

固态硬盘产品在高负载情况下的稳定性好坏，也是区别于好产品和劣质产品的重要因素。我们采用经典的HD Tune进行性能稳定性测试。

在HD tune稳定性测试中，我们使用200GB写入标准来进行测试，也就是说观察这款先锋的SSD在持续写入200GB数据量的情况下，其性能是否能够保持稳定。

实际写入100GB

实测结果非常出乎我的意料，通过测试我们可以看到，即使在100GB这样大数据量的写入过程中，这款SSD的表现也比较稳定，并没有大范围的波动，在超过10GB后，平均保持在450MB/s左右，十分稳定，这样的表现可以说是非常强了，这也就回到了我们开头说的，有这样的表现离不开慧荣主控和海力士原厂3D NAND的坐镇。

评测总结

这款科赋的C700 RGB SSD给我带来了非常深刻的印象，整体性能表现十分稳定，当然RGB灯效也是非常惊艳，喜欢光效的小伙伴我想你不应该错过它。

关于选购建议，根据官网提供的资料来看这款科赋的C700 RGB SSD提供了120GB/240GB/480GB三种容量选择，480GB版本目前的售价为549元，基本维持在了1元1GB的主流水准，性价比还是比较高，近期有SSD购买需求的小伙伴可以考虑。

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