nand可以直接读取吗 NAND中是不是可以实现存内计算

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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NAND中是不是可以实现存内计算

如果NAND flash是一个SLC，一个控制门存0或者1，那么如果能够连续的对它进行编程，那么就类似于存内计算吗？

SLC闪存中的存内计算

在SLC闪存中，每个存储单元（cell）只能存储1位信息，即“0”或“1”。这使得SLC闪存具有较高的写入和读取速度以及较长的寿命。

存内计算的概念

存内计算（In-Memory Computing）是一种通过在存储单元内直接执行计算任务的技术，旨在减少数据传输的延迟和能耗。以下是几个与SLC闪存相关的存内计算操作的例子：

逻辑操作 ：

通过对存储单元进行编程操作，可以执行基本的逻辑操作，例如AND、OR、XOR等。例如，两个存储单元可以通过连续的编程和读取操作来执行XOR操作。

多次编程 ：

在编程过程中，可以通过调整编程电压和脉冲来实现对存储单元状态的精细控制。多次编程可以用来模拟和执行一些复杂的计算任务。

计算操作 ：

在存储单元中直接进行加法、减法、乘法等操作，利用存储单元的物理特性和编程机制来执行计算。

连续编程操作

连续编程指的是多次对同一存储单元进行编程操作，通过精细控制电压和脉冲来实现特定的计算任务。这类似于逐步逼近的过程，逐渐改变存储单元的状态以达到所需的计算结果。

示例：XOR操作

假设我们有两个SLC存储单元A和B，要在它们之间执行XOR操作并将结果存储在另一个单元C中：

初始状态 ：读取A和B的状态。编程操作 ：根据A和B的状态，对C进行编程。例如，如果A和B的状态相同（都是0或都是1），则将C编程为0；如果A和B的状态不同，则将C编程为1。结果存储 ：C的状态即为A XOR B的结果。

优势和挑战

优势：

减少延迟 ：通过在存储单元内直接进行计算，减少了数据在处理器和存储器之间传输的延迟。降低能耗 ：减少了数据移动的能耗，提高了系统效率。

挑战：

精度控制 ：多次编程需要精细控制电压和时间脉冲，确保计算结果的准确性。电路复杂性 ：需要额外的控制电路和算法来管理存内计算操作。可靠性 ：多次编程可能影响存储单元的可靠性和寿命，需要平衡计算操作和存储单元的耐用性。

结论

通过连续编程SLC闪存，可以实现类似于存内计算的操作。这种技术在减少延迟和能耗方面具有显著优势，但同时也面临精度控制、电路复杂性和可靠性等挑战。尽管如此，存内计算在数据密集型应用中展现了巨大的潜力，有望在未来得到广泛应用。

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