NANDFLAS原理以及数据寻址方式.doc

nand flash 原理 ? NAND Flash产品可以分为三大架构，分别是Single Level Cell；SLC，包括三星电子、Hynix、Micron以及东芝都是此技术使用者，第二种则是Multi Level Cell；MLC，目前有东芝、Renesas使用，不过三星电子将在2005第四季推出相关产品，最后则是Infineon与Saifun Semiconductors合资利用NROM技术所共同开发的Multi Bit Cell；MBC。 MLC是Intel在1997年9月最先开发成功的，其作用是将两个位的信息存入一个 Floating Gate（NADA Flash存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同Level的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写，假设以4种电压控制、1个晶体管可存取2 bits 的数据，若是控制8种电压就可以存取3 bits 的数据，使Flash 的容量大幅提升，类似Rambus的QRSL技术，通过精确控制浮动栅上的电荷数量，使其呈现出4种不同的存储状态，每种状态代表两个二进制数值（从00 到11）。 当然不光是NOR型NAND Flash在使用，东芝在2003年2月推出第一款MLC型的NAND Flash，并接续2004年4月推出采用MLC技术的4Gbit与8Gbit NAND Flash，显然这对于本来就以容量见长的NAND Flash更是如虎添翼。根据Semiconductor Insights研究，东芝利用90nm MLC技术所开发出来的4Gb，其die面积为144 mm2。 至于SLC技术与EEPROM相同，但在Floating gate与Source gate之中的氧化薄膜更薄，其数据的写入是透过对浮置闸极的电荷加电压，然后可以透过源极，即可将所储存的电荷消除，藉由这样的方式，便可储存1个个信 息位，这种技术的单一位细胞方式能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于Silicon efficiency的问题，必须要藉由较先进的流程强化技术Process enhancements，才能向上提升SLC制程技术。 将上述所言，做一个比较，SLC架构是0和1两个充电值，而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值，因此MLC架构可以有比较好的储存密度，再加上可利用比较老旧的生产设备来提高产品的容量，而无须额外投资生产设备，可以享有成本与良率的优势。 不过MLC架构有着让使用者很难容忍的缺点，就是使用寿命较短，其次MLC架构只能承受约1 万次的存取，远低于SLC架构的10万次。至于存取速度，SLC架构比MLC架构要快速三倍以上，加上MLC架构对于电力的消耗较多，因此使用者若是考虑 长久使用、安全储存数据以及高速的存取速度等要求，恐怕会改采用SLC架构。 其实在NAND Flash市场中，若以理论数据比较，Renesas的AG-AND技术或是Infineon的MBC技术，其实并不逊于三星电子、东芝或是其它业者，甚 至于有过之而无不及，不过这两家业者因为产能、技术开发等问题造成延迟扩大市场占有率时机，这也印证商场中的一句话，任何东西都必须要能够适时适地推出， 否则只是将市场拱手让给对方。 Nand Flash结构与读写分析 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528Byte，每32 个page 形成一个Block， Sizeof(block)=16kByte 。1 block=16kbyte，512Mbit=64Mbyte，Numberof(block)=1024 1block=32page, 1page=528byte=512byte(Main Area)+16byte(Spare Area) 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： --Block Address -- Page Address?? --Column Address(即为页内偏移地址) 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。 512byte需要9bit来表示，对于528byte系列的NAND，这512byte被 分成1st half和2nd half,各自的访问由地址指针命令来选择，A[7:0]就是所谓