新闻  |   论坛  |   博客  |   在线研讨会
何去何从--前途堪忧的Nor Flash
lionwq | 2008-02-29 12:24:38    阅读:5460   发布文章
何去何从--前途堪忧的Nor Flash

经过十九年的发展,闪存(flash memory)作为存储数据和应用程序的元件,广泛应用于移动电话、工业设备以及数码产品等。在近几年中,随着手机和多媒体产品的快速发展,NAND FLASH攻占了越来越广泛的NOR FLASH市场。NOR FLASH的未来将成为什么样呢,我们一点点来分析。

一、    NOR FLASH和NAND FLASH的发展历史
1984年,东芝公司的员工Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器的概念。与传统电脑内存不同,闪存的特点是非易失性,其记录速度非常快。
1988年,Intel公司推出了世界上第一款256Kbit NOR闪存芯片。它如同鞋盒一般大小,并被嵌入在一个录音机里。NOR FLASH结合了EPROM(可擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术,并彻底改变了原先由EPROM和 EEPROM一统天下的局面。    NOR FLASH由于有芯片内执行(XIP, eXecute In Place)和高可靠性等特点,一直以来都是作为代码存储的首选器件。
1989年,东芝公司研制了NAND FLASH,并被认为是NOR闪存的理想替代者。NAND闪存的写速度比NOR闪存快十倍,它的保存与删除处理的速度也相对较快。NAND的存储单元只有 NOR的一半,生产过程要比NOR简单,在给定的模具尺寸里可以提供更大的容量,相应的也降低了价格。
近几年来,便携式设备领域的快速成长,极大的推动了闪存市场的发展,据市场研究公司iSuppli预计,2005年到2009年,全球NAND闪存市场的收入将翻一番以上,从106亿美元猛增至260亿美元。而同期NOR闪存市场增长平稳,从66亿美元增至85亿美元。

如今,NAND和NOR闪存因技术差异分别在不同的领域提供服务而得以共存;NAND适用于资料储存,而NOR则常作为引导存储器或用于存放程序。
然而,随著新产品出现在数字媒体融合的十字路口,这些应用界线也逐渐模糊。高端照相手机和手持式游戏机就是其中两个例子。在微软的大力协助下,NAND闪存供应商正积极地在笔记型电脑、小型和娱乐型PC中的存储领域上攻城略地,抢夺NOR的地盘。
在微软的Vista操作系统中,至少有两款电脑需要采用NAND闪存。而且,三星也已经开始在笔记型电脑上提供32Gbyte的NAND闪存作为固态硬盘。
另一种可能的重要应用是将NAND闪存用于外接存储器装置上。业界甚至也已经开始讨论到混合使用NAND闪存与硬盘。

二、    NOR FLASH和NAND FLASH的区别比较
造成这种激烈竞争的局面的是来源于两种技术的差别,我们可以通过下面的分析来了解两种技术的差别:
1、    读写性能:任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,在绝大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件 执行擦除操作十分简单,以8~32KB的块进行擦除,执行一个写入/擦除操作最多只需要4ms;而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0,以64~128KB的块进行擦除,执行一个写入/擦除操作的时间为5s。由此可以知道,NOR的读速度比NAND稍快一些;NAND的写入速度比 NOR快很多;
2、    容量成本:NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格,尤其是现在MLC工艺的加强,为NAND提供了更高的性价比。
随着存储器密度的增加,每比特成本大幅下降(见图)。自2002年以来,NAND闪存的成本从略低于1美元/兆字节降到了0.015美元/兆字节,到 2009年将降至0.01美元/兆字节。更低的成本将带来许多新的应用,更重要的是,它将取代现在用于许多便携式音乐和视频播放器的10GB以下的微型硬 盘。

3、    接口差异:NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节,随机读取能力强,支持直接代码执行(XiP),而这是嵌入式 应用经常需要的一个功能。而NAND闪存使用I/O口来串行地存取数据,处理速度受到影响。
4、    可靠性:NOR闪存只有约10万次的擦写次数,很少bit位交换问题,没有坏块处理问题;NAND闪存则有100万次的擦写次数,但是有较高 的bit位交换问题,需要通过错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法来纠正数据,NAND闪存的坏块是随机分布的,需要通过标记坏块来做处理。
5、    软件支持:在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

三、    NOR FLASH和NAND FLASH的应用场景
随着电子产品的功能日益丰富,成本效益高、功耗低、密度高及外型小的存储器产品的市场需求日益增加,NOR和NAND原本不同的市场定义,现在也慢慢的变得模糊起来了。我们从以下几个方面来看NOR闪存的市场变化:
1、    手机市场:
在手机市场中NOR FLASH是当之无愧的领导者,目前大部分手机使用的是NOR+PSRAM的XiP存储架构,其中NOR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。随着手机功能的日益丰富,需要更大的代码和数据存储空间,这时如果选择大容量的NOR,成本将非常昂贵,因此,一些高端手机 中开始加入NAND来作为多媒体数据的一个存储载体。
从性价比来看,NOR的最大存储容量不能超过1GB,否则就没有竞争优势了;并且,以PSRAM的结构和特性,它的容量很难超过256MB,这种组合将成 为多媒体手机的一个限制。造成这个问题的原因主要是早期手机基带等IC技术掌握在欧美公司手中,他们对于成本考量并不是非常关注,而今,国内IC厂商的崛 起和手机市场的激烈竞争,使得所有的设计师开始考虑如何降低BOM COST。

上图是大部分手机采用的存储结构对比。XiP架构是现在使用最多的,而新的高速处理平台正在向代码映射存储器架构发展,也就是NAND+SDRAM方式。 虽然NAND闪存有一些应用问题,但是NAND闪存单位bit成本加上其缺点导致的额外成本仍然要比NOR闪存的单位bit成本低。
2、    便携式消费类电子产品市场:
便携式产品市场需求呈爆发性成长,特别是PMP的市场,如MP3,MP4等,出于成本考虑,没有任何一家厂商愿意使用NOR闪存,在这个市场只能看到NAND的身影。
3、    PC市场:
NOR闪存主要是用在PC的BIOS部分,并且多为4Mb—16Mb小容量的,这在目前也是无法用NAND闪存替代的一个应用;而NAND闪存早期只是用 在PC周边设备上,现在PC平台和NAND闪存的合并却已经开始,Solid State Drive(SSD)的应用,这也昭示了NAND的未来。
4、    其他嵌入式应用:
在其他一些嵌入式市场的应用中,如汽车电子、电信/网络设备、PC外设等等,我们也可以看到NOR闪存逐步的被NAND蚕食或者就被集成掉。

四、    NOR闪存市场的变化
2003年,全球最大的闪存芯片供应商英特尔为了因应闪存市场潜藏的低迷和供给过剩,决定大幅提高产品价格。不到一年,英特尔的市场地位就已经降到三星、 AMD和东芝之后,排名第四。2005年,AMD与富士通公司将各自的NOR闪存业务剥离出来,成立了合资公司Spansion。2006年, Spansion成为全球市场份额最高的NOR闪存提供商,尾随其后的就是英特尔,ST,三星,SST等公司。2007年5月,英特尔、意法半导体和 Francisco Partners公司集合各自的NOR部门成立一家独立闪存合资公司Numonyx,整个NOR的市场演变成了Spansion,Numonyx,三星等 巨头的沙场。
目前,三星也正在加大对NOR市场的投入,市场调查公司Objective Analysis的首席分析师Jim Handy表示:“三星公司已设定目标,到2009或2010年将成为NOR收入第一的公司。”三星可能会通过两条路来实现这一目标:将更多的DRAM产 能转到NOR闪存,这个已在实现中;或者收购Spansion。业界已有传闻三星正在与Spansion洽谈收购事宜,而这是极有可能的策略。因为随着工 艺向65nm过渡,DRAM在功耗与价格方面的优势都在消失,因此现在很多NOR+SRAM或者NAND+DRAM的方案未来会转向NOR+NAND+ SRAM的架构。另一个原因是Spansion的财务状况一直不是很好,对于闪存这个靠规模量产取胜的领域,后续的投入资金需求更大,Spansion都 已开始实施外包生产策略。
随着NAND持续攻城掠地,现在Intel、Spansion与STMicroelectronics已经明白它们如果要持续在便携式市场保有竞争地位,则必须提供单位元成本比NOR更低的资料储存产品。
Intel与Micron Technology合作成立IM Flash Technologies公司,并且在今年第一季开始少量出货;STMicroelectronics是透过与Hynix的制造协议而扩大在NAND领域 的力量;至于Spansion,该公司将NOR/two-bit-per-cell MirrorBit技术重新发展为ORNAND产品,结合成一个类似NAND介面与一个NOR记忆体架构,它还是一个比较偏向于NOR的产品。
我们可以看到,Spansion是唯一一个坚持走NOR产品线的厂商,虽然它希望通过ORNAND去和NAND竞争,但是Spansion的总裁兼执行长 Bertrand Cambou在该公司于美国纽约首次举行的分析师会议上表示,NOR闪存的竞争者是DRAM,并且:“认为NOR竞争者是NAND的这种说法是错误的。” 他表示,由于必须使用电容器而且需要每毫秒重新整理一次,DRAM可说是一种“dirty memory”,而MirrorBit可以用于替代DRAM。这种表述很奇怪,总所周知,DRAM的速度是166MHz以上,而MirrorBit目前是 不可能达到这个速度的,同时,NOR闪存的写入速度太慢了,并且写入的次数只有10万次,这对于DRAM的应用场合来说,简直不可理解。这也许是受市场激 烈竞争与产品价格压力的负面影响,连续十个季度亏损的Spansion希望能得到投资者的支持而发吧。
ORNAND对NAND也不会是个威胁,因为NAND闪存单位比特成本的下降速度很快,几乎18个月就降低一半。目前还没有迹象表明这种下降已经放慢脚步。其他半导体存储器技术要做到在这样一个单位比特成本基础上竞争将是困难的, ORNAND也没有这个可能。

五、    结论
整个闪存市场的竞争,也是电子产品成本的竞争,所有的趋势都指向最关键的单位比特成本最优化。但是,NOR闪存的固有特性决定了它不可能做到比NAND闪 存更低的单位比特成本。虽然,Spansion在去年就已经做到了全球NOR市场的第一,但是它已经连续十个季度的亏损。在未来的发展中,大容量高密度的 NOR闪存不再有很多市场,低密度NOR闪存市场却还存在,但不足以支撑两个上市公司的业绩,这对于投资者来说是很重要的。
同时,高性能处理器的发展,给存储器市场带来了很大的变革,在很多场合,NOR闪存已不是必需的器件。特别是maskrom和硬件ECC的发展,设计人员可以更多的考虑使用NAND闪存。

参与讨论
登录后参与讨论
淡泊以明志 宁静以致远
推荐文章
最近访客