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NOR与NAND亦敌亦友,共同托起闪存市场的明天
现实生活中,基于闪存的电子产品变得随处可见,并且正在逐渐渗透到每一个人的工作或生活当中。可能一般的使用者并不知道所用的闪存是NOR型的还是NAND型,那么我可以告诉你:电子产品里的闪存十有八九是NOR 型的芯片。
几乎每个数字电子产品都含有某型号的处理器,而几乎每个处理器都要存取指令或代码,由此需要一个成本适宜且可靠的非挥发性存储器来快速存取代码。70年代,为了替代不太灵活的只读存储器ROM, 开发出了EPROM和EEPROM。但不幸的是,EPROM很难编程而EEPROM成本太高。80年代后期,闪存在Die的面积,密度和可重写性上取得突破。到目前为止,闪存已成长为规模最大的存储器产品之一,2003年,其销售收入约占整个存储器行业110亿美元销售额的三分之一。
就闪存本身来说,直到90年代中期,其主流产品都是NOR型的。只是近三年来,NAND型才进入主流地位。事实上,NAND型在数据存储领域证明了自己的价值,因此迅速走俏,然而目前看来,NOR型仍然是代码存储领域的胜利者。
NOR型和NAND型的比较
NOR型和NAND型闪存器件的主要技术区别是他们存储单元的电路不同。NOR型电路由并联的存储晶体管组成,NOR型闪存提供了一个直接的地址和数据接口,可以对存储单元随机存取(这对代码存储器很重要),读的速度快而且可靠。一个系统可以很容易从NOR 闪存启动。在某些应用里,一个小的映射存储器可以增加存取速度。在很多应用中,处理器可直接从NOR 闪存上启动。所以NOR 闪存对代码存储来讲非常适合。
而NAND型电路由串联的存储晶体管组成,可以大大减小Die的面积,因为NAND晶体管的漏极和源极是互相串联的。NAND 闪存的特点是低成本,高容量,但只能顺序地对数据进行存储,通常以512字节为一存储块单位(就像硬盘一样)。NAND 闪存需要一个RAM首先去存储和操作这些数据块。因为晶体管是串联的,NAND电路不能侦测数据链上的“0”“1”位的正确性。为克服这个不足,NAND闪存厂商推荐了一些纠错方法。因此需要一个存储控制芯片来存取NAND 闪存的接口和处理侦错和纠错功能。由于这些技术因素,从NAND启动是很困难的,它也不适于代码存储。
另一方面,NAND提供了容量和成本优势。比如现在出货的NOR型闪存芯片容量只有256K-256Mbit,而已出货的NAND闪存却已达到128M-2G bit的容量。此外,从价格方面来看,NAND闪存的每位售价比NOR闪存还要低2-4倍,一个128Mbit的NOR 闪存芯片要10美元,而同样容量的NAND 闪存芯片只要4美元。在数据存储领域,特别是256Mbit以上的应用场合,NAND 闪存有相当的优势。不过,由于额外的电路开销和系统成本增加,在256-128Mbit以下的场合,这些低成本优势并没有在系统总成本上体现出来。
为了减少成本,NOR和NAND 闪存厂商已引入了多级单元结构(MLC)。这种结构的器件在浮动门电路上存储四种电荷电平而不是两种,以此来表示每存储单元的两位。Intel公司在90年代后期曾经付运了首个MLC闪存。但出于对写入速度性能的考虑,NAND闪存厂商花费了很长时间来实现MLC NAND闪存的商用化。不过看起来2004年MLC NAND闪存将会进入主流。
闪存的应用和市场
正如上文所述,闪存存储器在几乎每个电子产品上都用得到,而且市场发展迅猛,Web-Feet Research的数据显示,2003年闪存市场大约是110亿美元,其中70亿美元是NOR型,4亿美元是NAND型。到2006年,闪存行业产值估计达到240亿美元,即使NOR闪存仍会主宰市场,NAND闪存的收入会因其容量和相应售价的因素迅速扩张而超过NOR闪存。
2003年8Mbit以下的小容量闪存市场约10亿片,占整个25亿片闪存市场的40%(注:本文只关注分立式闪存市场,不含ASIC或处理器中的嵌入式闪存)。几乎所有小容量闪存都是NOR型的,用于代码存储。小容量闪存有广泛应用,包括硬盘、DVD、CD-ROM、PC、MP3插放器、数码相机、打印机、游戏等。
虽然小容量闪存市场仍在成长,但相对其它市场已比较成熟,典型的融合已开始发生,而低成本的供应商会主宰市场。SST是小容量闪存的领先供应商,占有40%的市场份额且仍在成长,它已先看到这点。事实上,在 去年第二季度闪存市场增长时,很多NOR 闪存供应商重新关注中容量(16M-128Mbit)市场而从16Mbits以下的市场撤退,同时小的NOR闪存供应商在技术、质量和能力上都不能使自己成为小容量市场上可靠和能够实现大批量供货的合格供应商。
大容量市场(256Mbit以上)主要是数据存储领域,因而被NAND 闪存所主宰。这个市场由数码相机、高档PDA、U盘和其它消费类媒体存储产品组成。产业分析师认为,未来几年里,数据存储市场需求会比代码存储增长更快,因为其出货量和容量都在增加。Web-Feet估计,2004年将有超过5千万个U盘会付运,平均容量近300Mbyte,而到2007年,3倍于目前容量的USB盘付运量更将达到一亿个!
中容量市场是NOR和NAND同时对阵。中容量闪存的需求主要定位于某些应用如手机、简单的机顶盒,PDA和高档消费电子产品。主流GSM手机使用40-90Mbit的闪存,大部分用于代码存储。CDMA手机目前占手机市场不到四分之一,它需要很大的闪存,达100-256Mbit,当然大部分也用于数据存储。手机年销售5亿支中,只有一小部分需要256Mbit以上的闪存。在这些高端手机中,很多制造商不直接用板上的NAND闪存而用移动式的闪存卡如SD卡,以降低手机的材料成本。在手机中的数据存储使用NAND时,要有100Mbit以上的容量,分摊的平均每位成本才划算。相反MLC NOR比NOR 闪存有更好的兼容性和性能,在中高端市场受到关注,NOR/MLC NOR闪存和NAND闪存组合在高端智能手机的应用受到关注。
未来闪存发展趋势展望
NOR 闪存供应会不断随需求成长,U盘和闪存媒体存储的需求增长速度会快于NAND的产量增长。Web-Feet Reserch预测,NAND的需求量在今年1季度会超过供应量的60%,希望随着新制造商的加入,这种情况会有所缓解。因为NAND闪存比NOR闪存更像一种通用产品,供应和价格波动性更强,就像DRAM一样,OEM制造商可以通过很严格的材料预算,严谨的边际利润考核和复杂的供应链管理来避免这种波动。
另一个趋势是用于开发深亚微米设计的资金投入正变得越来越大,存储器厂家必须着眼于少量品种但产量很大的产品来摊薄如此高的开发费用,这样一来就限制了闪存厂商提供不同产品来满足非核心的应用,以致于它们很难提供革新性的产品来满足代码存储市场的需要,它们的最佳策略是聚焦于少量品种但具有大的市场容量的核心产品(如媒体存贮),以大幅缩小成本。
展望未来5年,我们看到在供不应求的高容量闪存市场有新的进入者,他们有低成本的解决方案。比如,瑞萨科技的AG-AND产品、在很多公司实验室的非闪存替代方案、甚至象SST正在开发的新的NOR闪存结构等等,这些解决方案都可和高容量的NAND闪存方案相抗衡。在数据存储领域,NAND 闪存仍会继续保持优势,特别是在消费媒体领域,具有足够的成本优势。在另一方面,基于其特点、合理的成本结构和良好的供应情况,NOR 闪存在代码存储领域特别是混合存储应用方面仍会主宰市场。
关键词: 亦敌 亦友 共同 托起 闪存 市场 明天 代码 成
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