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领先全球SK海力士72层3D NAND存储器明年量产

发布者:官方 时间:2016-12-30

SK海力士最先进72层3D NAND存储器传明年开始量产,韩联社周一引述知情人事消息报导指出,SK海力士计划于2017上半年完成芯片设计,位在利川(Icheon)的M14厂将可在下半年开始生产。


若按计划进行,SK海力士将成为全球第一个量产72层3D NAND的存储器厂。为因应市场需求增温,SK海力士上周已宣布将在韩国与中国两地,投资3.15兆韩圜来增加DRAM与NAND存储器产能。


随着微缩制程遭遇瓶颈,业者纷纷改以3D垂直方式堆叠存储器做突破,但工艺技术各不相同。目前技术领先的三星已于2013年量产48层3D NAND存储器,至于64层3D NAND芯片也将在今年底开始投产。


据市调机构DRAMeXchange统计,三星第三季NAND存储器营收来到37.44亿美元,市占率较前季进步0.3个百分点至36.6%。东芝以19.6%位居第二,Western Digital、SK海力士与美光分居三、四、五名,市占率依序为17.1%、10.4%与9.8%。


NAND存储器.png


NAND


NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备,在不超过4GB的低容量应用中表现得犹为明显。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品,NAND被证明极具吸引力。NAND闪存是一种非易失性存储技术,即断电后仍能保存数据。它的发展目标就是降低每比特存储成本、提高存储容量。

NAND工作原理

与磁性的HDD不同,NAND必须处于数据可以被写入的状态,没有HDD所具有的“位写入”(write-in-place)功能。如果数据已经被写在NAND上,那么该数据必须被擦除NAND才能接受新的数据。擦除是一个破环薄层材质的过程。

NAND机构的简单解释起到了对此稍做澄清的作用,虽然这仍然令人困惑。

NAND记忆体实质上由被称为页(page)和区块(block)的两类结构组成。每页最常见是4/2 KB(可以是其它大小,但这是最常见的),代表一个读取和写入单元。多个页组成32/128 KB或者128/512 KB的区块。NAND读取和写入是在页的级别上被执行的。相反,擦除是在区块级别上被执行的。

NAND特点

容量和成本

NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可 以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就 相应地降低了价格。

NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128M B的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存 储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和M MC存储卡市场上所占份额最大。

物理构成

NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell,一般来说,一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位,连成bit line,形成所谓的byte(x8)/word(x16),这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page,(NAND Flash 有多种结构,我使用的NAND Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M),每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)),每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。我所使用的三星k9f1208U0M具有4096个block,故总容量为4096*(32*528B)=66MB,但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的,故实际中可使用的为64MB。

NAND flash以页为单位读写数据,而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址:

Column Address:Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址,地址的低8位

Page Address :页地址

Block Address :块地址

对于NAND Flash来讲,地址和命令只能在I/O[7:0]上传递,数据宽度是8位。

可靠耐用性

采用flash介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说 ,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。

寿命(耐用性)

在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。

NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型 的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一 些。

位交换

所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。

一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能 导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次 就可能解决了。

当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位 反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建 议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。

这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时, 必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。

坏块处理

NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。

NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制 成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项 处理,将导致高故障率。

易于使用

可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直 接运行代码。

由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。

在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写 入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏 块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。

软件支持

当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和 闪存管理算法的软件,包括性能优化。

在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常 需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD ),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。

使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软 件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱 动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。

驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和 损耗平衡。(纠正一点:NOR擦除时,是全部写1,不是写0,而且,NOR FLASH SECTOR擦除时间视品牌、 大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除时间为60ms,而有的需要最大6S。)NOR FLASH的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商,曾经是FLASH的主流产品,但现在被 NAND FLASH挤的比较难受。它的优点是可以直接从FLASH中运行程序,但是工艺复杂,价格比 较贵。

NAND FLASH的主要供应商是SAMSUNG和东芝,在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种 FLASH,由于工艺上的不同,它比NOR FLASH拥有更大存储容量,而且便宜。但也有缺点,就是

无法寻址直接运行程序,只能存储数据。另外NAND FLASH 非常容易出现坏区,所以需要有校验的算法。

在掌上电脑里要使用NAND FLASH 存储数据和程序,但是必须有NOR FLASH来启动。除了

SAMSUNG处理器,其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH 启动程序。因此,

必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器,在把OS等软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行才行,挺麻烦的。


各类存储器的区别

ROM ,Read Only Memory,只读存储器 RAM,Random Access Memory随即存储器  SRAM,STATIC RANDOM ACCESS MEMORY  就是静态随即存储器 SROM static read only memory 静态只读存储器  DRAM,英文全称Dynamic Random Access Memory,即动态随机存取存储器 SDRAM,Synchronous DRAM,同步动态随机存储器同步就是需要同步时钟 NOR Flash 和 NAND Flash 是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。     ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据,典型的RAM就是计算机的内存。   

RAM有两大类,一种称为静态RAM(Static RAM/SRAM),SRAM速度非常快,是目前读写最快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU的一级缓冲,二级缓冲。另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机内存就是DRAM的。       

SRAM是Static Random Access Memory的缩写,中文含义为静态随机访问存储器,它是一种类型的半导体存储器。“静态”是指只要不掉电,存储在SRAM中的数据就不会丢失。这一点与动态RAM(DRAM)不同,DRAM需要进行周期性的刷新操作。然后,我们不应将SRAM与只读存储器(ROM)和Flash Memory相混淆,因为SRAM是一种易失性存储器,它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。“随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问,而不管前一次访问的是哪一个位置。        

SRAM不应该与SDRAM相混淆,SDRAM代表的是同步DRAM(Synchronous DRAM),这与SRAM是完全不同的。SRAM也不应该与PSRAM相混淆,PSRAM是一种伪装成SRAM的DRAM。     

Flash主要有两种NOR Flash和NADN Flash。NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。      

DRAM分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等,这里介绍其中的一种DDR RAM。DDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM,这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据,这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势,事实上击败了Intel的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上,也配备了高速DDR RAM来提高带宽,这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。       

ROM也有很多种,PROM是可编程的ROM,PROM和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是,PROM是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种EEPROM是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢


海力士


Hynix 海力士芯片生产商,源于韩国品牌英文缩写"HY"。海力士即原现代内存,2001年更名为海力士。海力士半导体是世界第三大DRAM制造商,也在整个半导体公司中占第九位。

海力士

市场地位

在韩国有4条8英寸晶圆生产线和一条12英寸生产线,在美国俄勒冈州有一条8英寸生产线。2004年及2005年全球DRAM市场占有率处于第二位,中国市场占有率处于第一位。在世界各地有销售法人和办事处,共有员工15000人.海力士(Hynix)半导体作为无形的基础设施,通过半导体,竭尽全力为客户创造舒适的生活环境。海力士半导体致力生产以DRAM和NAND Flash为主的半导体产品。

市场前景

海力士半导体以超卓的技术和持续不断的研究投资为基础,每年都在开辟已步入纳米级超微细技术领域的半导体技术的崭新领域。另外,海力士半导体不仅标榜行业最高水平的投资效率,2006年更创下半导体行业世界第七位,步入纯利润2万亿韩元的集团等,正在展现意义非凡的增长势力。海力士半导体不仅作为给国家经济注入新鲜血液的发展动力,完成其使命,同时不断追求与社会共同发展的相生经营。海力士半导体为发展成为令顾客和股东满意的先导企业,将尽心尽责,全力以赴。


 
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