[技术笔记] Flash选型之基础知识芯片分类

1、按照接口分类

分为  Serial串口Flash 和 Parallel并口Flash；

市场大量使用Serial Flash；价格便宜；已满足系统对数据读写速度的要求；

Serial Flash已经可以代表 NOR Flash；

小知识：

1）在整个存储IC芯片类里，NOR Flash占比1%；（统计数据2018年）

2）在整个存储IC芯片类里，DRAM和NAND Flash 共占比98%；（统计数据2018年）

2、按照内部结构分类

分为NOR Flash、NAND Flash

2.1 NOR Flash特点

1）地址和数据线，是分开的；

2）存储容量低，当前镁光最高1Gbit

3）同容量，NOR价格高于NAND；

4）启动方式不同，NOR Flash在启动时 ，处理器直接从地址0开始读取数据，因为支持XIP，所以代码可以直接在NOR flash上执行，无需复制到内部内存SRAM。

2.2 NAND Falsh特点

1）地址和数据共用，如下图（5）所示

2）存储容量高，当前三星最高1Tbit

3）同容量，NOR价格高于NAND；

4）启动方式不同，NAND Flash在启动时 ，需要NAND Flash 先从NAND Flash存储的前4Kb数据自动拷贝到片内SRAM，处理器再从SRAM的地址0开始读取数据

3、NOR Flash和NAND Flash的区别

3.1 NOR Flash特点

1）NOR擦除和写的时间（5秒） 比 NNAND时间（4ms）长

2）读速度 快于 NAND Flash

3）功耗高（具体型号举例）

4）稳定性高（相比NAND Flash）NOR 发生位交换（1bit位数据会发生反转）的次数，低于NAND Flash

5）可擦除次数10万次

6）擦除时间长，因为内部块比较大，是NAND flash的8倍

7）NAND的单元尺寸，是NOR的一半

8）NAND价格低于NOR，相同单元尺寸，NAND存储密度更高

9）使用方便，连接引脚后就可以使用

10）适用于程序存储

11）NOR可以随机读取存储区内的数据，NAND只能按块读取（因为NAND Flash地址与数据共用数据总线，不支持单bit读取）

12）块坏了，NOR Flash无法使用

13）相同点：

NOR和NAND的相同点就是 擦除都是按块进行的

NOR和NAND Flash可以1改写为0，不能0改写为1，需要擦除后整块才能为1

3.2 NAND Falsh特点

1）NOR擦除时间（5秒） 比 NNAND时间长（4ms）

2）读速度 慢于 NOR

3）可擦除次数100万次

4）可靠性低于NOR

NOR 发生位交换（1bit位数据会发生反转）的次数，低于NAND Flash，所以，NAND Flash需要采用ECC错误修正算法/EDC错误探测算法

5）使用繁琐，不同厂商存取方式是不同的；如果使用，需要先写入驱动，然后读写

6）适用于数据存储

7）块坏了，跳过去，仍可以使用

                                                        图（1） NAND和NOR的性能列表

小知识：

NOR和NAND结构的不同

东芝的舛冈富士雄先生在1984年发明了NOR, 1986发明了NAND。但是，由于目前主流的闪存是NAND，所以笔者并未十分关注NOR。下面我们在确认NOR和NAND工作差异的同时，再比较二者的市场规模。

NOR 和NAND存储器的区别如下图4所示。下图4使用的术语解说如下所示：

Cell（存储单元）：通过存储、释放电子，使存储器工作。

Word Line（字线）：用于选择存储单元的信号线。

Source Line（源线）：用于释放位线（Bit Line）电压的排线。

                                             图2：黄色部分为“存储单元”。NOR 和NAND的区别。

由于NOR型的位线和源线都与各自的存储单元相连，因此可以读取一比特（Bit）单位的数据。此外，虽然可以随机进行高速读取，但写入速度较慢。同时，由于各存储单元都需要源线，因此难以实现较高的集成度。

另一方面，就NAND而言，位线和源线与多个存储单元相连接，所以多个存储单元可以同时写入、擦除数据，且速度较快！但是，无法进行一比特单位的读取。此外，由于NOR不需要存储单元的源线，因此易于实现高集成化。

由于NOR 和NAND具有如上所述的优势和劣势，因此如上图2所示，NOR用于存储程序、NAND用于存储大容量的数据。

//==============================================//

4、NAND Flash内部分类解析

NAND Falsh共分为传统4类+1类

传统4类：SLC NAND Falsh、MLC NAND Falsh、TLC NAND Falsh、QLC NAND Falsh。

1类：新增3D NAND Flash，容量更高。

5、NAND Flash分类项解析

Q：存储容量排行榜？

A：从少到多--判定标准：单元位数越多，存储容量越大。

     SLC（1bit单元）-->MLC（2bit单元）-->TLC（3bit单元）-->QLC（4bit单元）

1bit单元：1个存储单元里存放 1bit数据

2bit单元：1个存储单元里存放2bit数据

3bit单元：1个存储单元里存放3bit数据

4bit单元：1个存储单元里存放4bit数据

Q：擦写次数排行榜？

A：擦写次数，从短到长--判定标准：P/E周期越高，可擦写次数越多（擦写次数多意味着耐久性高）因为，擦除和写入的一个单元的时间就是P/E周期

    QLC-->TLC-->MLC-->SLC

                                 

                                                            图（3）NAND Flash分类

Q：4类 NAND Flash的特色？

SLC（单层式存储）：可擦写次数高，意味着耐久性强；价格高；256Gbit价格？

MLC：可擦写次数略低于SLC，也就是耐久性低于SLC；价格相比较SLC更为便宜；256Gbit价格？

TLC：可擦写次数低于MLC，也就是耐久性低于MLC；价格相比较MLC更为便宜；256Gbit价格？

QLC：可擦写次数低于TLC，也就是耐久性最低；价格相比较TLC更为便宜；

Q：4类 NAND Flash的应用领域？

SLC：宇航、服务器（可擦写次数高，意味着耐久性强）

MLC：服务器、工业

TLC：工业、消费业（特别是消费级领域均衡且性价比最高的方案，当前消费级大容量SSD采用的就是TLC，通过京东SSD的介绍信息能查找到数据，如下图）

QLC：消费业（逆袭的可能，成为消费业的主流最佳方案）

小知识：

1）镁光的MLC NAND Flash容量有256Gbit、512Gbit 两种；

2）3D NAND Flash，业界最高记录是三星 NAND Flash，最高可达1Tbit

Q： NOR Flash和NAND Flash引脚区别

A：如下图所示

 

                          图（4）NOR Flash内部结构框图          图（5）NAND Flash内部结构框图

  

                      图（6）NOR Flash的引脚名称                            图（7）NAND Flash的引脚名称

小知识：

1）NOR Flash容量相比NAND Flash小一些，镁光的NOR Flash最高为2Gbit；

参考链接1：【存储干货】一文读懂NAND闪存SLC、MLC、TLC、QLC与3D NAND - 知乎

参考链接2：涨知识！NorFlash与NandFlash有什么区别？ - 知乎

参考链接3：nand flash和nor flash - 知乎