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隨著NOR和NAND型閃存之間的競爭越來越激烈,業(yè)界在這兩者未來將共存還是競爭這一話題上的爭論也愈演愈烈。Semiconductor Insights公司最近對NEC 的FOMA 900iL型手機(jī)進(jìn)行的拆解分析再次將該問題抬上了桌面。在今后的幾年間,隨著手機(jī)從2G向3G+發(fā)展,追求小巧優(yōu)雅的手機(jī)將需要NOR閃存支持,而追求大存儲容量的手機(jī)則將需要NAND閃存的支持。擁有豐富功能的900iL型手機(jī)就集成了這兩種類型的閃存,它能夠同時(shí)支持VoIP和FOMA網(wǎng)絡(luò),并提供動態(tài)視頻和靜態(tài)圖像成像功能。
目前NOR和NAND閃存處于混合應(yīng)用局面。大多數(shù)日本的高端手機(jī)在設(shè)計(jì)中同時(shí)采用NOR和NAND型閃存,而北美手機(jī)則歷來傾向于基于NOR型閃存的設(shè)計(jì)。
這種共存形式會否變成主流,或各自的領(lǐng)導(dǎo)性廠商繼續(xù)為贏得設(shè)計(jì)中標(biāo)而相互爭斗？目前英特爾和Spansion支持NOR型閃存,而三星和東芝則兩種技術(shù)都支持。英特爾始終致力于其NOR計(jì)劃,并相信NOR閃存對大批量生產(chǎn)的中檔手機(jī)市場來說是甜點(diǎn)(sweet spot)密度的最佳解決方案。另一方面,東芝認(rèn)為NAND閃存將成為中檔和高端手機(jī)的主流解決方案,因?yàn)槭謾C(jī)上的相機(jī)、音樂、視頻和其它功能正在不斷推高對存儲容量的要求。
無論是低端手機(jī)、高端手機(jī)、還是視頻/智能手機(jī),其硬件架構(gòu)大都對各種各樣的存儲器吞吐量要求十分敏感。在這種情形下,所需的存儲器吞吐量決定了應(yīng)如何組合閃存(NOR和NAND)和RAM來滿足手機(jī)日增的復(fù)雜性。隨著高端應(yīng)用、視頻和普通智能電話等功能被集成到和3G手機(jī)中,存儲器的吞吐量也從低于50 MBps攀升到150 MBps以上。而且,多媒體應(yīng)用也在不斷推高對閃存的密度要求。
這將如何影響NOR和NAND型閃存在手機(jī)中的應(yīng)用前景呢？為了更加清楚地了解兩者的區(qū)別,讓我們來看看當(dāng)前正在實(shí)現(xiàn)的手機(jī)架構(gòu)和運(yùn)營商業(yè)務(wù)模式,以便更好地理解各種需求和局限。
雖然NOR+NAND+RAM的組合能夠充分利用NOR和NAND兩者的優(yōu)勢,并正在高端手機(jī)領(lǐng)域獲得認(rèn)可,但是手機(jī)存儲子系統(tǒng)的兩種主要架構(gòu)仍是NOR+RAM和NAND+RAM。基于NOR的手機(jī)使用了“本地執(zhí)行(XIP)”的技術(shù),而基于NAND的手機(jī)則使用了“代碼遮蔽(code shadowing)”技術(shù)。
每一種方法都使用了RAM作為工作存儲區(qū),RAM的類型有SRAM、PSRAM和DRAM。XIP的本質(zhì)正如其名所示,是指與所需的SRAM緩沖存儲器一起,在本地執(zhí)行代碼。代碼遮蔽架構(gòu)涉及在NAND和移動SDRAM之間進(jìn)行大量的代碼復(fù)制。XIP是一種已經(jīng)驗(yàn)證的架構(gòu),可以直接由NOR快速執(zhí)行代碼而無需RAM開銷；但代碼遮蔽使用的卻是一種新型的架構(gòu)(軟硬件均是),由DRAM快速執(zhí)行代碼,但是這樣會導(dǎo)致由RAM開銷和分頁速度減慢帶來的性能問題。與XIP相比,代碼遮蔽的功耗也是一個(gè)問題,XIP在運(yùn)行期間所消耗的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于代碼遮蔽。
局限和優(yōu)勢
總體而言,NAND閃存自身具有諸多局限。例如,系統(tǒng)無法從NAND直接啟動。在穩(wěn)定性方面,NAND存在位翻轉(zhuǎn)(bit-flipping)、壞塊(bad blocks)和壽命有限等隱患。而且,它使用一種非標(biāo)準(zhǔn)接口并且需要進(jìn)行軟件管理,而這些都提高了系統(tǒng)的成本。雖然有一些架構(gòu)方面的方法可以幫助解決上述問題,但卻還需要其它一些技術(shù)實(shí)現(xiàn)折衷來解決上述隱患。
過去,NAND閃存在手機(jī)中的使用由于缺乏支持其工作的控制器而受到限制。但是現(xiàn)在,許多量產(chǎn)基帶芯片組的供應(yīng)商都支持NAND,而其它的供應(yīng)商也已或快或慢地加入這個(gè)陣營。基帶芯片組內(nèi)的NAND控制器處理錯(cuò)誤校正并對損耗水平(wear leveling)進(jìn)行軟件管理,它帶有少量的片上存儲器,能夠?qū)崿F(xiàn)基于NAND手機(jī)的引導(dǎo)啟動。
在調(diào)制解調(diào)器(modem)方面,NAND不能執(zhí)行隨機(jī)存取,它需要額外的DRAM來執(zhí)行modem指令代碼。而這樣很容易增加NAND進(jìn)行讀取操作的功耗,而且還會延長引導(dǎo)時(shí)間。但是另一方面,NOR的寫入和擦除功耗比NAND高。NAND使用的典型糾錯(cuò)功能類似于在硬盤中的操作,這種糾錯(cuò)能力被包括在許多第三方NAND控制器中。
NAND的支持者認(rèn)為,手持設(shè)備中不斷增加的功能集將促使設(shè)計(jì)師們使用NAND。游戲、通用功能、多媒體、龐大的數(shù)據(jù)中心需求,以及對大容量移動存儲介質(zhì)的需求,都使得NAND領(lǐng)先于NOR。NAND在手機(jī)應(yīng)用中的一個(gè)主要優(yōu)勢就是它的寫入速度,而且它擦除模塊和寫入新模塊所需的時(shí)間都極短。
NOR存儲器最為嚴(yán)重的缺點(diǎn)之一是其密度不高。雖然速度和代碼執(zhí)行性能為其加分不少,但與NAND相比,其相對較低的密度卻是其發(fā)展的障礙。NOR為低端到中檔手機(jī)提供各種密度范圍,從低端到“甜點(diǎn)”(128到256 Mb),最高可達(dá)512Mb。NOR也能堆疊起來提供千兆級的密度,但眼下OEM使用的最高密度是512Mb。
選擇合適的存儲密度
NOR閃存定位在目前手機(jī)理想的存儲密度甜點(diǎn)上。在量產(chǎn)銷售的中低檔手機(jī)中,多數(shù)手機(jī)的存儲器密度要求在32和256Mb之間,目前的NOR元件能夠滿足這些需求。雖然高端手機(jī)的密度要求高達(dá)512Mb到1Gb,但這些設(shè)備還沒有達(dá)到大批量銷售的水平,因此也沒有使得該范圍的存儲密度成為必需。此外,高存儲容量手機(jī)的業(yè)務(wù)模式在那些手機(jī)被運(yùn)營商與移動服務(wù)捆綁的地區(qū)還沒有得到驗(yàn)證。
一名閃存供應(yīng)商認(rèn)為,隨著高端手機(jī)銷售量的逐漸增大,NOR閃存將與前沿密度保持步調(diào)一致。而隨著工藝節(jié)點(diǎn)將于2006年從130納米轉(zhuǎn)為65納米,NOR閃存的密度增大將成為可能,從而其密度方面的競爭能力也將繼續(xù)保持。
而另一方面, NAND已經(jīng)對手機(jī)市場發(fā)起了猛烈攻擊,另一名供應(yīng)商強(qiáng)調(diào)。在2004年,手機(jī)市場中大約15%的MCP集成了NAND。這些增加的大部分NAND用于數(shù)據(jù)存儲,同時(shí)保留NOR用于代碼執(zhí)行(RAM用作工作存儲器),如NEC手機(jī)(見圖)。
NOR和NAND共存
手機(jī)制造商既可以選擇一款自己偏愛方案和能夠?qū)崿F(xiàn)該解決方案的相應(yīng)閃存,也可以選擇讓兩種閃存共同工作以充分發(fā)揮兩者的補(bǔ)充優(yōu)勢。NOR閃存快速的讀取速度和XIP架構(gòu)使得它理所當(dāng)然地被用來存儲和運(yùn)行代碼,而高密度和較快的編程及擦寫速度則是采用NAND器件存儲圖像和內(nèi)容的主要原因。
肯定存在著這么一個(gè)點(diǎn),其時(shí)通信支持所需要的代碼變得過于龐大以致于NOR閃存無法支持。當(dāng)總的每比特成本和額外開銷成本優(yōu)勢轉(zhuǎn)向NAND時(shí),從NOR到NAND的轉(zhuǎn)變就可能會發(fā)生。另一種前景是,在未來數(shù)年內(nèi),NOR的密度能夠隨著手機(jī)的發(fā)展而相應(yīng)增長,從而完全消除對NAND的需求。
目前,NAND的讀取速度仍落后于NOR,而NOR在密度方面也與NAND相差甚遠(yuǎn)。除非一種技術(shù)能夠使二者取長補(bǔ)短,否則這種狀況將延續(xù)下去,正如在NEC FOMA 900iL手機(jī)中一樣,NAND和NOR能夠、也將共存。
Peter DiPaolo是Semiconductor Insights公司的技術(shù)經(jīng)理。他于1997年在皇后大學(xué)電子工程系獲應(yīng)用科學(xué)學(xué)士學(xué)位。電郵地址:peterd@。
作者: Peter DiPaolo
技術(shù)經(jīng)理
Semiconductor Insights公司
E-mail: peterd@
