1、 存儲器在最近這幾年隨著便攜式產品的發展，有了許多不同的面貌與空間，在終端產品輕、薄、短、小的要求之下，半導體存儲技術自然脫穎而出。 高科技產業之所以興盛，相當重要的原因之一便是數字技術所具有的存儲和拷貝功能，我們在將復雜的模擬信號轉換為簡單的數字信號時，由于只有0和1的信息，因此在存儲數據的時候，只要把具有正負兩種特性的物質加以利用就可以了，最明顯的就是利用磁性物質的磁場做成的硬磁盤。 目前數字存儲技術主要分成三種：磁式、光電式和半導體式，本文主要探討的是半導體式的儲存技術，不過半導體存儲技術基本上又分為揮發性(Volatile)與非揮發性(Non-volatile)兩種，揮發性存儲器技術較

2、為成熟，也是目前半導體存儲技術的主流，包括DRAM、SRAM等都是；而非揮發性存儲器技術包括過去的掩膜ROM、EPROM、EEPROM、Flash(快閃)、以及新興的FRAM(鐵電存儲器)、MRAM(磁性存儲器)與OUM(相變存儲器)等。 所謂揮發與非揮發的差別在于揮發性存儲器在電性消失后，存儲的數據便消失，但是非揮發性存儲器在電性消失后，仍然能夠將數據保存下來，近年來由于便攜式電子產品的發展，磁式和光電式的存儲元件無法滿足輕、薄、短、小的要求，所以半導體存儲技術尤其是非揮發性存儲技術的成長相當迅速。 非揮發性、存取速度快、成本低、制程簡單、數據存儲密度高、耗電量低和可無限擦寫等特性，是未來存

3、儲器技術所必須具備的要點 。成熟的成熟的FlashFlash存儲器存儲器Flash的架構大致上可分為具程序執行能力的NOR架構以及儲存數據的NAND和AND架構，Flash與其它新興非揮發性技術相較，最大的優勢在于其可以用一般的半導體制程生產、成本低，但是其讀寫速度較DRAM慢，可擦寫次數也有極限，加上在進入納米制程之后，預期將會碰到物理極限，據業界人士表示Flash在45nm以下幾乎不可能再有發展，所以盡管在短期內Flash依然會是非揮發性存儲器主流，但地位可能不見得穩固。 NOR FlashNOR Flash存儲器存儲器NOR Flash市場目前由Intel和AMD公司主導，其主要功能是程

4、序的儲存，如PC中的BIOS，便攜式產品像手機、PDA的快速成長是帶動近年來NOR Flash快速成長的主要原因，除了量的提升之外，也包括了高容量產品的需求。NOR Flash盡管近兩年成長不如NAND Flash，但是兩者原本的市場應用要求就不同，NOR Flash因為新興應用所帶來的成長還是相當可觀。 NANDNAND和和AND FlashAND Flash存儲器存儲器以儲存數據為主要功能的NAND和AND Flash，是目前市場上最當紅的存儲器，近兩年來的新興應用都以此技術為主，包括小型存儲卡、隨身電子盤等都是。在技術方面，數據型Flash為提高數據存儲密度，也發展MLC(多重單元)架構

5、，FRAMFRAM存儲器存儲器FRAM (Ferroelectric RAM)鐵電存儲器的耗電量極低，可擦寫次數也無限大，FRAM的架構為Perovskite結晶，最能代表鐵電存儲器的薄膜材料為PZT，位于結晶中心的鋯和鈦的原子會隨外部的電場變化位置，即使除去電性也能維持。FRAM由于在高密度的發展上不甚順利，所以目前許多廠商都先由嵌入式應用切入，例如IC芯片卡，此類產品需求的存儲單元不大，但是FRAM的低耗電特性卻可以與其相得益彰，所以各類嵌入式應用或許會成為FRAM未來主要的應用市場。 MRAMMRAM存儲器存儲器MRAM (Magneto-resistive RAM)磁電阻式存儲器的技術

6、原理簡單的說就是利用電阻在磁場下的變化，磁電阻變化的比例越高，代表存儲元件的電子外圍發展技術越簡單并更具市場競爭性。 縱觀目前記錄媒體的物理讀寫機制可以發現，當記錄密度達1000Gb/in2以上時，只有磁的讀寫物理極限還存在，MRAM因為采用磁性材料為記錄媒體，理論上有更高的記錄密度，而且讀和寫是用與DRAM相類似的機構，因此不像需要讀寫頭的硬盤機來得復雜和精密。 OUMOUM存儲器存儲器OUM (Ovonic Unified Memory)相變存儲器是由Intel所提出的非揮發性存儲器技術，目前發展的狀況還停留在實驗室階段，其原理是利用Ge、Sb、Te等硫系化合物為材質的薄膜來存儲資料，數據

7、存儲方式類似CD-ROM，利用溫度造成的相位變化來存儲數據。 OUM的優點在于產品體積較小、成本低、可直接復寫且制程簡單，也就是在寫入數據的時候不用將舊有數據擦除，制程與現有半導體制程相近，惟讀寫速度和次數不如FRAM和MRAM；另外，如何穩定維持其驅動溫度也是一個技術發的重點。 未來的存儲器未來的存儲器 從多角度來看存儲器或存儲元件，不難發現它是邏輯元件與感測元件之間的一種媒介，所以必須具有隨機存取的存儲功能才能支持系統間各種運算與處理的作業；但是當作業完成后還要具有寫入存儲的功能，以便把結果記錄下來，并作為下一次處理的依據，所以從長遠動態的時間性來看，儲存元件仍是另一類型態的隨機存取媒介。

8、如果把存儲器分成揮發性和非揮發性兩種，顯然運算處理中的系統并不需要太考慮斷電時存儲是否揮發掉，而必須以處理的速度和容量為主要考量。當數據量越來越龐大，越來越復雜時，非揮發性的存儲器毋寧更能發揮關鍵性的力量。 不過，存儲器的中介性質，從允許斷電時揮發或不揮發、暫存或不暫存，甚至只讀或不只讀，也更確認所扮演的中間性角色。存儲器的技術和發展本身就是蘊藏著無限的可能性；以下從五個方面介紹存儲器的特殊性、媒介性與功能作用，同時也希望據此對照出存儲器未來可發展的方向。 Flash RomFlash Rom基礎知識基礎知識一、閃存簡介一、閃存簡介 Flash-ROM（閃存）已經成為了目前最成功、流行的一種固

9、態內存，與 EEPROM 相比具有讀寫速度快，而與 SRAM 相比具有非易失、以及價廉等優勢。而基于 NOR 和 NAND 結構的閃存是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。 Intel 于 1988 年首先開發出 NOR flash 技術，徹底改變了原先由 EPROM 和 EEPROM 一統天下的局面。緊接著，1989 年東芝公司發表了 NAND flash 技術（后將該技術無償轉讓給韓國Samsung公司），強調降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盤一樣可以通過接口輕松升級。 但是經過了十多年之后，仍然有相當多的工程師分不清 NOR 和 NAND 閃存，也搞不清楚 NAND 閃存技術相對于

10、 NOR 技術的優越之處，因為大多數情況下閃存只是用來存儲少量的代碼，這時 NOR 閃存更適合一些。而 NAND 則是高資料存儲密度的理想解決方案。NOR 的特點是芯片內執行（XIP，eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在閃存內運行，不必再把代碼讀到系統 RAM 中。NOR 的傳輸效率很高，在 14MB 的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND 結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的 U 盤都使用 NAND 閃存做為存儲介質的原因。應用 NAND 的困難在于閃存和需要特殊的系統接口

11、。 二、性能比較二、性能比較 閃存是非易失內存，可以對稱為塊的內存單元塊進行擦寫和再編程。任何閃存器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內所有的位都寫為0。 由于擦除NOR器件時是以64128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以832KB的塊進行的，執行相同的操作最多只需要4ms。 執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NAND 之間的性能差距，統計表明，對于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時），更多的擦除操

12、作必須在基于NOR的單元中進行。這樣，當選擇存儲解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。1) NOR的讀速度比NAND稍快一些。2) NAND的寫入速度比NOR快很多。3) NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。大多數寫入操作需要先進行擦除操作。4) AND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。 三、接口差別三、接口差別 NOR 閃存帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節。NAND閃存使用復雜的I/O口來串行地存取資料，各個產品或廠商的方法可能各不相同。8個引腳用來傳送控制、地址和資料信息。NAND讀和寫操作采用512字節的塊，這一點有點像硬盤管理此

13、類操作，很自然地，基于NAND的閃存就可以取代硬盤或其它塊設備。 四、容量和成本四、容量和成本 NAND 閃存的單元尺寸幾乎是NOR閃存的一半，由于生產過程更為簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。NOR 閃存容量為11116MB閃存市場的大部分，而NAND 閃存只是用在8MB以上的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合于資料存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。 五、可靠性和耐用性五、可靠性和耐用性 采用閃存介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。

14、對于需要擴展MTBF的系統來說，閃存是非常合適的存儲方案。可以從壽命（耐用性）、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。壽命（耐用性）在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND內存除了具有10：1的塊擦除周期優勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND內存塊在給定的時間內的刪除次數要少一些。位交換 所有閃存器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下（很少見，NAND發生的次數要比NOR多），一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵文件上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有

15、問題，多讀幾次就可能解決了。 當然，如果這個位真的改變了，就必須采用錯誤探測/錯誤糾正（EDC/ECC）算法。位反轉的問題更多見于NAND閃存，NAND的供貨商建議使用NAND閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然，如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其它敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。 壞塊處理 NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不劃算。 NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，并將壞塊標記為不可用。在已制成的器件中，如果通過可靠的方法不能

16、進行這項處理，將導致高故障率。 六、易于使用六、易于使用 可以非常直接地使用基于NOR的閃存，可以像其它內存那樣連接，并可以在上面直接運行代碼。由于需要I/O接口，NAND要復雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其它操作。向NAND器件寫入信息需要相當的技巧，因為設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映像。 七、軟件支持七、軟件支持 當討論軟件支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優化。在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序（MTD），NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。 八、典型的八、典型的 NOR NOR 閃存（閃存（Strata FlashStrata Flash） Strata Flash是 Intel公司產的典型 Nor Flash， 本機使用的Strata Flash 是該系列中的 28F320J3，該閃存的內部邏輯框圖如圖 ：它的特性如下：1) 問速度有 110ns/120ns 和150ns 共 3 檔2) 具備128bit 加密寄存器3) 塊尺寸：128KB 九、典型的九、典型的 NAND NAND