NOR Flash技术突破 打开市场新契机

winnie

随着手机、数码相机、MP3等消费性电子成为市场上的主流产品，闪存（Flash）的地位也跟着水涨船高。广泛被使用的闪存有两大类型，一是NOR Flash，一是NAND Flash，由于两者有着不同的建置架构与特性，因此在应用领域上有着不同的诉求。


NOR Flash架构的特色在于能提供高速的数据读取性能，因此被视为是存储指令的最佳选择，不仅如此，它还具有SRAM接口，也提供足够的地址接脚来进行寻址，并可以在其内部直接执行程序代码。相较之下，NAND Flash的数据写入速度较快，而且有较大的存储容量，因此逐渐成为便携式产品的主要存储装置。

今日的NAND Flash容量最大已可达16GB，这么大的容量足以让便携式设备存储大量的相片、音乐及视频内容，因此可看到其市场的蓬勃发展，不过，由于价格竞争非常激烈，使得元器件的获利空间极微薄。NOR Flash在应用上则往往属于嵌入式的设计，更重视其效能与可靠性，元器件的市场需求与获利都相对较为稳定。

在技术作法上，传统的NOR Flash是采用单层单元（SLC）或多层单元（MLC）的浮栅（Floating Gate）技术，不过，当工艺不断地微缩，尤其是微缩到40纳米以下时，浮栅技术将会面临很大的挑战。由Spansion所推动的MirrorBit技术，则另辟蹊径，它将数据分别存储在存储晶胞单元内的两个各自独立的电荷区段。由于MirrorBit将每一位的数据完全区隔开来，对存储单元一侧的读取或编程操作与该单元另外一侧存储的数据完全无关，能够确保各位数据的完整性，所以此技术可比标准型浮栅Flash产品存储多一倍的数据，却仍保有其效能及可靠性。

不仅如此，MirrorBit也大幅简化了器件制造流程，与浮栅技术相比，它至少能减化10%的总体制造步骤，而在关键制造步骤上则降低了40%。简化工艺技术的好处很多，除了能提供更佳的生产正品率外，也可缩短生产周期时间。

MirrorBit Quad提升存储密度
以一个存储晶胞单元来存储两个位数据，已让NOR Flash在性能价格比上获得很大的改善，今日最新的MirrorBit Quad技术又有了全新的突破。MirrorBit Quad技术和MirrorBit一样在两个存储位置上存储电荷，但具有在这两个位置上存储不同电量或电荷状态的能力，因而一举将MirrorBit的密度提升了一倍。今日的MirrorBit Quad能够存储16（4x4）种不同的电荷组合，因此也就相当于每个存储晶胞单元可存储四个位。

相较于传统的MLC Flash来说，MirrorBit Quad有两个明显的优势。第一，它的电荷是存储在非导体的氮化物存储媒介中，因此，相较于一般Flash单元所使用的导电性多晶硅栅的隔离性氧化物媒介来说，比较不容易产生电荷泄露的状况。当每个单元中的存储位数增加时，氮化物作法的优势会更为明显。

第二点则是，MLC浮栅Flash若要达成每存储单元可存储4位的目标，在单存储位置中就需要有16种不同的电荷状态，如何存储及侦测这些状态是很大的技术挑战。相较之下，采用MirrorBit的架构，一个存储单元只需存储4种电荷状态就能得到此目标，可行性及可靠性都相对高很多。不仅如此，MirrorBit技术也更有机会实现在每单元中存储更高的位数。

与浮栅NAND和NOR架构相较，MirrorBit Quad架构是专为高密度布局所设计。由于每个单元增加了存储容量，在相同的工艺节点技术下，MirrorBit Quad技术所能实现的每位有效单元尺寸比浮栅MLC NAND闪存技术还小30%。

与MirrorBit技术一样，MirrorBit Quad技术能在同一颗芯片上有效地整合逻辑电路，进而能设计出复杂的整合控制器、处理器和系统级接口，让业者能做出更多创新的产品。这种嵌入式存储器的专用标准产品（ASSP）开发，让Flash不再只是单纯的存储器子系统，而能够进一步降低终端系统的成本、尺寸与复杂度。

ORNAND打开新市场
另一个另人注目的话题，则是Spansion所推出的ORNAND器件，这是一种结合NOR的高速度和NAND的低成本双重优势的新架构。它的作法是采用NOR的平行存储单元架构，同时具有NAND接口，在保持高读取速度的同时，也提高了数据写入的速度。

这种整合两种技术特性的创新作法，让NOR Flash也能进军NAND的数据存储应用领域，而且也为此市场带来了不小的冲击。就尺寸上，ORNAND和NAND在相同的工艺下能达到同样的尺寸与容量等级，但又能提供比NAND快了四倍的突发脉冲写入速度。

以手机的应用为例，采用NAND Flash的启动时间相当长，约要45秒的时间，若改采ORNAND Flash，就能将启动时间大幅缩短，达到与NOR相同的效能。不过，ORNAND的推出并不表示它将进入存储卡为主的市场，这仍是一般海量NAND专擅的场域，ORNAND的目标市场仍是嵌入式系统的存储应用。

MCP满足小尺寸需求
在嵌入式的市场，尤其是无线及消费性电子的应用上，轻薄短小一直是系统设计上的主要诉求。对于存储器的要求自然也是如此，因此将Flash与SRAM封装成一颗芯片的多芯片封装（MCP）是相当实用的作法。Spansion也提出整合了MirrorBit NOR与MirrorBit ORNAND的MCP解决方案，与纯程序代码映射解决方案相比较，Spansion MCP不但可加快开机速度，并能在待机模式下提供更省电的功能。

不仅如此，该公司也与RAM存储器公司策略合作，例如由Qimonda提供低功耗的PSRAM（即Qimonda的CellularRAM）以及Mobile-RAM器件，这些器件都是Known Good Die（KGD）的形式，也就是已在晶圆上完成所有的功能与质量测试的正常裸晶。Spansion再将它们与本身的器件整合为MCP封装，以满足业界对小尺寸整合性存储器的需求。

NOR Flash在市场上的重要性与日俱增，制造商必须不断地提升技术才行。除了在容量密度的继续进步外，更低功耗（如1.8V的低操作电压器件）及序列式接口（SPI Flash）也是嵌入式市场的需求趋势。至于NOR和NAND谁将胜出？至少在嵌入式系统中，NOR与NAND并存的情况将会继续维持下去。