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1、数码设备带动了闪存技术的进步 数码设备的快速增长带动了整个闪存市场。在几年前价格昂贵的数码相机、MP3播放器、手机、掌上电脑等数码产品，今天已经进入到大众消费阶段。不断新增的用户，加上快速的产品更新周期，造就了一个庞大的产业，其中，闪存行业可以说是最大的受益者。数据存储是数码产品必备的功能，如存储数码照片、MP3音乐、手机/PDA的操作软件等等。由于这类数码产品要求尽可能便携，所对应的存储介质自然就要求体积小巧。在当时，闪存产品是唯一的选择，许多半导体厂商投身于该领域并获得极其丰硕的成果，其中我们可以看到三星、AMD、Intel、富士通、东芝、美光这些半导体业的巨头。 和其他任何存储行业一样，
2、增大存储密度、缩小体积占用、提高读写速度是闪存技术进化的指导方向，而数码行业的激烈竞争和高速更新要求闪存业进行同步的变革。当年，区区8MB闪存卡已经是“超大容量”，今天这个数字达到十几个GB，读写速度发展到160倍速比第一代闪存整整快了159倍。而闪存芯片和闪存卡的体积却变得越来越迷你，大小如邮票、轻薄如纸片，这样的产品市面上已经非常普遍。几乎每一天，这个领域都有新技术出现，在迎来2005年的时候，我们将向大家介绍闪存领域的新技术变革，这些技术包含闪存的逻辑结构、闪存芯片的制造与封装、闪存卡的新标准与标准升级等多个领域。闪存逻辑结构的改进 如果只从物理方面来看，闪存芯片与内存芯片、CPU芯片、
3、DSP芯片属于同一个家族，都属于大规模硅半导体集成电路，然而它们的功能相去甚远。CPU/DSP负责数据运算；内存只能够临时保存数据，但速度超快；而闪存可以永久性保存数据，可读写速度甚至还不如硬盘。这种泾渭分明的功能区别完全取决于它们各自的逻辑电路设计。众所周知，CPU、内存的更新换代是以逻辑设计的改变为标志，闪存也是如此。在近期，该领域的重要技术便是Spansion公司的第二代MirrorBit技术、ORNAND技术和三星公司的OneNAND技术。 高密度NOR型闪存第二代MirrorBit是Spansion公司力推的新型NOR闪存结构。我们先来介绍一下Spansion的背景：这家公司成立于2
4、003年，由AMD公司与富士通公司的闪存业务部门合并而成，因这两家公司在NOR型闪存领域本身就拥有举足轻重的地位，合并后的Spansion便一举跃升为全球最大的NOR型闪存企业。在过去的一些介绍中，大家应该了解到闪存可分为两大流派：NOR型闪存速度很快，数据储存安全可靠，嵌入式系统、应用软件可以在上面直接运行，但它的存储容量相对较小，主要应用于手机、掌上电脑、无线通讯、网络通讯、数字机顶盒以及其他数字家电产品中；另一种便是通常可以见到的NAND型闪存，它的特点是存储容量都比较大，但速度较慢、容易出错，故而难以满足装载关键软件的要求，只能用于各类数据的常规存储。数码相机、MP3播放器使用的闪存卡
5、和作为移动存储设备的闪存盘所使用的便都是NAND型闪存。而在NOR与NAND所组成的闪存市场中，NOR产品占据总量的2/3左右，居于绝对的主导地位，这一切应该归功于手机的高普及率和更新速度。 相比第一代的MirrorBit，第二代技术带来的变化是革命性的。第一代MirrorBit闪存是AMD公司的杰作，诞生时间是2001年。当时，Intel的MLC技术已经应用了整整4年。凭借突出的性价比优势，MirrorBit闪存进入应用阶段后市场份额急剧提升，发展到现在已占据NOR型闪存市场的半壁河山。为了挽回局势，Intel曾在2002年推出新一代MLC技术，其主要改变就是以更先进的90纳米制造工艺来生产
6、闪存，达到大幅度降低成本，提高价格竞争力的目的。作为Intel在该领域的主要对手，Spansion公司在04年5月份对外界公开了作为提升竞争力法宝的第二代MirrorBit技术，它在容量和速度方面都有了非常明显的提升，这种性能增益来自于它在逻辑结构上的改进：在过去各类NOR闪存中，每一个基本存储单位（Flash Memory Cell）都只能存放1Bit的数据，而第二代MirrorBit技术将这个数字提高到2Bit，密度增加了一倍，且只要增加很少的晶体管。如此一来，在保持闪存芯片尺寸不变的条件下，将存储容量大幅度提高便成为现实，这也是第二代MirrorBit技术最主要的优点。其次，第二代Mir
7、rorBit在性能方面也有了长足的进步。若在随机操作模式下，第二代MirrorBit的数据读取频率可达到80MHz，连续读取状态下其峰值性能可高达150MBps，比硬盘快上许多。写入速度则达到2.5MBps，虽然与读取速度不成比例，但对NOR型闪存来说这已经是很优秀的指标。在可靠性方面，第二代MirrorBit也有很明显的改善：它具有独特的扇区保护功能，可以对包括重要操作系统代码、关键应用软件进行保护，避免因存储逻辑受破坏造成系统或软件无法启动的现象。另外，第二代MirrorBit闪存将使用0.11微米工艺来取代现有的0.13微米工艺，可进一步降低制造成本。综合上述特性，我们不难看出第二代Mi
8、rrorBit的强大实力：翻倍的存储密度、更快的速度、更低的芯片制造成本，堪称NOR型闪存标准的终结者，而产业界对该项技术也是赞誉有加，市场前景看好。 目前，采用第二代MirrorBit技术NOR型闪存已经开始进入投产阶段，下游厂商对此态度甚为积极，Spansion进一步扩大自己在该领域的优势完全可预见。Spansion还计划能在2005年中期将制造工艺升级到更先进的90纳米，达到进一步提升产品容量和降低成本的目的，相信这些举措将对NOR型闪存市场产生深远的影响。更鼓舞人心的是，Spansion公司的亚微米开发中心目前已经开发出每个存储单元内可保存4Bit的“QuadBit”技术，一举将闪存的
9、存储密度提高到现有产品的四倍。而该技术也将作为第二代MirrorBit的接替者，Spansion希望能在2007年开始导入该技术并生产出8GB超大存储容量的通用型闪存产品。闪存架构融合NOR型闪存与NAND型闪存在技术上各有特长，NOR所长即为NAND所短，反之亦然。那么，能否将二者合为一体，以一个统一的“完美标准”来取代它们呢？Spansion提出的“ORNAND”与三星公司的“OneNAND”方案便是两个候选者。 从其命名不难看出，ORNAND是NOR技术与NAND技术的结合体，它将具有NOR型闪存可执行软件代码和高可靠性的优点，以及NAND型闪存大容量的优点。在基础架构上，ORNAND其
10、实构建于第二代MirrorBit技术的基础之上，每个存储单元可以表达2Bit数据，而关键的地方在于读写控制的改变。出于技术保密的原因，Spansion尚未对外界公布ORNAND技术的详细细节，我们只知道它可以将脉冲的写入速度提高到现有NAND型闪存的2到4倍，写入性能非常出众，再加上它还具有MirrorBit NOR技术的所有优点，如高可靠性、高读取速度和低成本，使得ORNAND技术表现非常全面。Spansion希望ORNAND能首先以高性能作为卖点，从NAND型产品为主的厂商手中夺取新的市场份额，至于Spansion占据优势的手机市场，接纳这项技术没有任何障碍ORNAND的读取速度与NOR型
11、产品相当，手机厂商实在没有拒绝的理由。目前，ORNAND处于研发的后期阶段，预计首批产品可在年内面市，而Spansion则计划到2007年让ORNAND产品成为主流选择，届时其存储容量可以达到8Gbit。凭借这项技术，Spansion希望进入到年收入高达89亿美元的数据存储市场 ，而迄今为止这个市场还是NAND型产品的天下。 三星公司是NAND阵营的主力厂商，它在近期提出的OneNAND闪存技术与Spansion的ORNAND技术可谓是不谋而合，双方相互向对方的领域拓展空间。OneNAND将主要针对手机市场，它具有NOR型闪存的高速数据读取性能与NAND型闪存的大容量特性。但与Spansion
12、 ORNAND不同的是，三星OneNAND在结构上基于它所擅长的NAND架构，芯片集成了一个66MHz频率的同步逻辑接口和高速缓存读取功能，前者可提供高达108MBps的接口带宽，后者则可以实际增强闪存的读取性能。三星表示，OneNAND的数据读取性能达到现有NAND闪存的四倍之多，完全可满足手机市场的需要。写入速度方面，OneNAND与现有NAND闪存相当，若不采用DRAM缓存，OneNAND芯片的写入速度可达到10Mbps，500万像素规格的数码相机若以之为存储介质，便可支持连续不断高速连拍或视频录制功能。再者，OneNAND闪存在安全方面设计完善，不仅可有效防止伪造，还可通过闪存模块的“
13、功能锁”将运行中的程序保护起来，使之免收病毒的感染。 OneNAND技术其实早在2003年就已经推出，但真正开始大规模推广还是在2004年，目前已有10余家客户选择OneNAND产品，应用领域涵盖手机、PDA、数码相机、数字电视、游戏机和GPS导航系统。在刚过去的11月份，三星公司展示了采用90纳米工艺制造、1GB大容量的OneNAND闪存芯片，同时三星还带来了一个完善的解决方案：将OneNAND闪存与手机所用的SDRAM芯片封装于一个整体模块中，手机厂商可直接采用该模块无需自行设计，大大减小了开发难度。以立体空间换取大容量制造技术不断改善在电路逻辑类型确定之后，闪存的存储密度指标也就固定了，
14、不过，闪存所能达到的最高容量还与随后进行的芯片制造与封装技术有莫大的关系。为了实现尽可能高的容量，各个闪存芯片的生产厂商积极开发新的制造和封装技术。在制造方面，线宽更短的先进工艺为大势所趋，立体结构的3D芯片也是大幅度提高容量的法宝。而在封装方面，双面封装乃至芯片堆叠封装技术将成为今后的主流。 在逻辑结构不变的条件下，采用先进的制造工艺也可以达到降低成本，提高芯片容量的目的。该种思路的典型代表就是Intel公司，尽管在闪存技术的开发上落后于Spansion，但在制造工艺上Intel则领先了一代。目前Intel已经全面采用90纳米工艺来制造NOR型闪存，先进工艺可使芯片的面积大幅度减少，制造成本
15、也由此得到明显降低，提高价格竞争力便成为可能。相比之下，Spansion也是在年底才实现0.11微米工艺，而绝大多数闪存芯片制造企业仍然以0.13微米为绝对主流。 除Intel外，三星公司在工艺技术方面也表现出强烈的进取精神，在上个月，它们甚至对外界骄傲地宣称“首次成功地使下一代60纳米技术迈向了商业化”，并展出采用该工艺制造的NAND闪存产品，它的容量达到惊人的8GB。我们可以在一枚这样的NAND芯片上存储高达16小时的压缩视频或4000个MP3音频文件，结合多芯片封装技术的话，三星将具备16GB闪存芯片的制造能力前提是市场存在这样的需求。按照计划，60纳米工艺将于2005年一季度开始投产，
16、同时三星也打算推出4GB的“小容量”版本满足主流市场的需求，绝对领先的制造工艺让三星公司牢牢把持NAND型闪存领域的技术优势。以立体空间换取大容量三维存储芯片技术相比制造工艺的稳步升级，向空间扩展的三维存储技术看起来更加疯狂。该技术由一家名为Reveo的存储技术开发企业提出，该公司表示，它们已经成功实现3D结构的闪存芯片，在现有技术条件下，可让闪存的最高容量达到现有技术的1000倍以上，听起来让人觉得非常不可思议。 前面提到，提高芯片容量不外乎这么几种方法：改良逻辑结构以提高其存储密度、更先进的工艺使芯片可集成更多的晶体管、芯片堆叠封装技术达到翻倍的效能。这些方法对容量的提升都立竿见影，不过，逻辑结构不可能经常性改良，达到一定程度后将接近极限，难有持续性提升的可能。芯片堆叠封装也是如此，真正可以让闪存容量稳步提升的只有依靠半导体制造工艺了，我们可以看到，每一次工艺的升级都会带
