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小型存儲記憶卡大受歡迎 Flash解決密度與成本之間的問題

便攜式產(chǎn)品的普及，刺激閃存裝置市場的成長。對于在行動產(chǎn)品上程序與數(shù)據(jù)的非揮發(fā)性儲存，閃存是最適合的解決方案，不論是主機板上的內(nèi)存或小型的記憶卡，閃存的非揮發(fā)性儲存突破過去光學(xué)與磁性數(shù)據(jù)儲存的限制，不僅穩(wěn)固，低耗電，還不用移動裝置零件，因此對行動裝置而言是最理想的解決方案。 

便攜式產(chǎn)品的普及，刺激閃存裝置市場的成長。對于在行動產(chǎn)品上程序與數(shù)據(jù)的非揮發(fā)性儲存，閃存是最適合的解決方案...

閃存?zhèn)鹘y(tǒng)用途為儲存程序代碼，但在近來的應(yīng)用上，則是以非揮發(fā)性數(shù)據(jù)儲存為主。而閃存在市場消費性市場的儲存需求蓬勃發(fā)展，帶動各大半導(dǎo)體公司大動作布局，除了AMD和富士通合資成立Spansion之外，英飛凌與Saifun半導(dǎo)體合資成立英飛凌閃存公司(Infineon Technologies Flash)，推出Twin Flash技術(shù)，以發(fā)展迅速的數(shù)據(jù)閃存為主要目標(biāo)市場。 

NOR或NAND？ 

目前市場上閃存主要分為兩個邏輯架構(gòu)，NOR(基于「Not-OR」邏輯架構(gòu))以及NAND(基于「Not-AND」邏輯架構(gòu))。取代PROM的需求導(dǎo)致閃存技術(shù)的起源，原先主要功能只是儲存程序代碼，也因此第一代的閃存是采用NOR架構(gòu)，因為比起NAND，其平行架構(gòu)能加速數(shù)據(jù)讀取與位重寫的時間。但比起NOR，NAND的內(nèi)存細(xì)胞(Memory cell)與個別區(qū)塊明顯較小，在寫入/消除速度上較快，程序編程時耗電率較低，而且內(nèi)存細(xì)胞數(shù)組密度較高，能提升芯片每sqmm的內(nèi)存容量。 

由于架構(gòu)上的差異，NOR與NAND兩者的主要應(yīng)用型態(tài)便不同。如果是著重速度的程序代碼儲存，NOR顯然就是最佳選擇，因為其速度能支持程序代碼的直接執(zhí)行。在NOR裝置中，如SRAM，總線接口則具有個別的數(shù)據(jù)、地址與控制命令行，每個字節(jié)都可以直接存取。NOR一般應(yīng)用于行動電話、PDA、視訊轉(zhuǎn)換盒、調(diào)制解調(diào)器、傳真機、打印機以及計算機Bios中。若是要儲存大型數(shù)據(jù)文件，NAND則是主流選擇，因為其每個位的成本較低，因此，在數(shù)字相機、行動電話、隨身碟或PDA中，廣泛使用NAND型閃存做為儲存媒體，通常是采用記憶卡形式(如SD卡、多媒體記憶卡、Compact Flash或MemoryStick)。由于內(nèi)部連結(jié)的細(xì)胞串(Interconnected cell string)設(shè)計，NAND芯片體積比NOR回路顯著較小(約40%)。NAND使用多任務(wù)I/O來處理地址與數(shù)據(jù)，并不需要額外控制腳針(additional control pin)與后續(xù)數(shù)據(jù)存取。 

閃存技術(shù)分為SLC、MLC與MBC 

閃存技術(shù)執(zhí)行上可分為SLC(Single Level Cell)、MLC(Multi Level Cell)與MBC(Multi Bit Cell)。在使用內(nèi)存細(xì)胞的方式上，SLC閃存裝置與EEPROM相同，但在浮置閘極(Floating gate)與源極(Source)之中的氧化薄膜更薄。數(shù)據(jù)的寫入是透過對浮置閘極的電荷加電壓，然后可透過源極將所儲存的電荷消除。藉由這樣的方式，便可儲存一個個信息位(1代表消除，0代表寫入)。此種單一位細(xì)胞方式能提供快速的程序編程與讀取。此方法受限于低硅效率(Silicon efficiency)的問題，唯有透過先進的流程強化技術(shù)(Process enhancements)，才能提升SLC裝置的應(yīng)用范圍。 

MLC閃存則在浮置閘極中使用不同程度的電荷，因此能在單一晶體管(transistor)中儲存二位的信息，并透過內(nèi)存細(xì)胞的寫入與感應(yīng)的控制，在單一晶體管中產(chǎn)生4層單元。此種方式的數(shù)據(jù)讀寫速度中等，且需要最佳化的感應(yīng)電路(sensing circuitry)。 

MBC閃存，如TwinFlash細(xì)胞體，則將電荷(也就是數(shù)據(jù)位)個別儲存在晶體管中不同的兩端，而儲存的數(shù)據(jù)亦可個別加以讀取、寫入并消除。MBC閃存將個別的二位儲存于一個細(xì)胞體內(nèi)，所提供的架構(gòu)不僅成本低，寫入/讀取的速度快，還有密度高等優(yōu)點。 

TwinFlash技術(shù)利用二氧化氮介電質(zhì)儲存電荷 

浮置閘極的技術(shù)是以感應(yīng)散布在閘極上方的電荷數(shù)量來做為數(shù)據(jù)儲存的基礎(chǔ)，而英飛凌的TwinFlash技術(shù)則使用在閘極左方或右方的局部電極來儲存數(shù)據(jù)。TwinFlash裝置的閘極結(jié)構(gòu)比較簡單，因此光罩層數(shù)量也比較少。 

TwinFlash的基礎(chǔ)技術(shù)是使用二氧化氮(oxide-nitride-oxide,ONO)介電質(zhì)來儲存電荷，透過信道熱電子注入(channel hot electron injection)來寫入數(shù)據(jù)，然后透過強化熱電洞注入(tunneling enhanced hot hole injection)來消除資料。比起浮置閘極技術(shù)，其優(yōu)點如下： 

◆比起SLC閃存芯片，位大小大幅縮減，進而提高芯片密度。 

◆生產(chǎn)過程簡化，且所需光罩層數(shù)量更少。 

◆位保存的可靠度更高。 

◆更佳的可擴充性(視CMOS而定)  

TwinFlash技術(shù)可以用制造DRAM的現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)，無須額外的生產(chǎn)設(shè)備投資，因此每個晶圓的成本架構(gòu)與DRAM產(chǎn)品相似。TwinFlash的競爭對手是每一晶體管一位的浮置閘極技術(shù)，但即使采用相同的制程架構(gòu)(基于相同的技術(shù)節(jié)點)，由于TwinFlash的每一晶體管二位的方式，其核心尺寸比浮置閘極小了40%，再加上光罩層較少，生產(chǎn)成本相當(dāng)具有競爭力。早期的TwinFlash是采用170奈米制程技術(shù)，而目前正發(fā)展下一代TwinFlash技術(shù)節(jié)點的尺寸則僅有110奈米，不僅能減少成本，更能將密度提升至2Gbit。在MBC上加入MLC的功能，也就是建立在每個內(nèi)存細(xì)胞中儲存4位的架構(gòu)，目前在技術(shù)上是可行的，相信日后將應(yīng)用于實際產(chǎn)品上。TwinFlash技術(shù)可以用于NAND與NOR閃存上。透過此能彈性調(diào)整的技術(shù)，英飛凌將能依據(jù)市場需求來分配生產(chǎn)資源。 

第一代TwinFlash的512Mbit芯片(2.7V～3.7V)采用TSOP封裝，目標(biāo)為可移除式固態(tài)儲存裝置市場，產(chǎn)品包含用于數(shù)字相機與PDA的SD卡、多媒體記憶卡、Compact-Flash-Cards與Memory Sticks。NAND閃存則是USB快閃碟的最佳儲存媒體，可以讓桌上型計算機與筆記型計算機之間進行數(shù)據(jù)交換，也可以用于具MP3或數(shù)字相機功能的復(fù)合式隨身碟。此外，NAND閃存芯片具高速傳輸特色，亦能實時錄制并播放影音數(shù)據(jù)。隨著這些功能重要性的提升，行動電話制造商逐漸部署閃存數(shù)據(jù)的應(yīng)用。市面上越來越多行動電話使用快閃記憶卡做為媒介，以提高平臺/應(yīng)用的彈性、交換性與可擴充性。行動電話的發(fā)展從2G發(fā)展至2.5G到現(xiàn)在的3G，這樣的趨勢顯示出行動電話數(shù)據(jù)快閃記憶儲存量正快速成長。最新的3G行動電話能提供高達(dá)80MB閃存密度，做為程序代碼與數(shù)據(jù)的內(nèi)建儲存之用，此外還具備了閃存的擴充槽，目前能擴充到1Gb的容量(以配合影像等應(yīng)用)。 

儲存需求殷切NAND Flash密度將逐步提高 

根據(jù)Gartner Dataquest的預(yù)測，資料閃存(NAND)全球市場將從2003年的33.6億美元，成長到2004年的44億美元，2005年將高達(dá)57億美元，成長幅度為30.8%。在未來的5年內(nèi)，快閃記憶卡市場的年度成長率預(yù)計將達(dá)18%，市場營收將從2003年的27.5億美元，成長到2007年的45.9億美元。 

2002年，在整個閃存市場中，NOR產(chǎn)品的市場占有率為73%，但從年復(fù)合成長率(Cumulated average growth rate)來估計，NAND產(chǎn)品到2007年會有較高的成長率。因此可預(yù)見的是，NOR型的閃存雖然在目前獲利比率最高，但NAND兼容型的產(chǎn)品也漸漸迎頭趕上，因為NAND具有較佳的USD/Mbyte比，再加上無線應(yīng)用科技對數(shù)據(jù)儲存裝置的需求日漸增加，而目前NOR Flash都達(dá)不到所需要的512Mbit/1Gbit的密度─使用在行動電話與視訊轉(zhuǎn)換盒的NOR Flash，其平均密度只有在16～128Mbit，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如NAND裝置512Mbit～8Gbit密度。 

與NAND兼容的TwinFlash技術(shù)能提供記憶卡具競爭力的價格，目前在數(shù)字相機、USB磁盤與相當(dāng)多不同類型的快閃記憶卡上，已獲得廣泛應(yīng)用。USB磁盤早已開始取代傳統(tǒng)軟盤機，而數(shù)字相機隨著照片分辨率提高，對記憶容量的需求也將增加。 

多樣化標(biāo)準(zhǔn)競逐小型化記憶卡將成兵家必爭之地 

英飛凌目前提供SD卡與MMC記憶卡，很快會提供各種mini記憶卡。英飛凌的整合式32Bit控制器不僅增加了邏輯接口，并能在未來提供安全、高速與低電壓等功能。SD卡重量僅2公克左右，是一種相當(dāng)精細(xì)且非揮發(fā)性的閃存裝置，結(jié)合了高容量、快速數(shù)據(jù)傳輸、高彈性，以及與MMC相似的小型體積等優(yōu)點。然而與MMC不同的是，SD卡具有機械式寫入保護開關(guān)(mechanical write protect switch)，以免消費者不小心復(fù)寫卡片中的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)、影像或音訊數(shù)據(jù)的消失。SD卡一般的容量為64MB、128MB與256MB。 

MMC是世上最小型可移除式固態(tài)錄制媒體之一，可供多種行動產(chǎn)品的應(yīng)用，如MP3播放器、攜帶式電子游戲機、PDA、行動電話與數(shù)字相機。MMC技術(shù)于1997年11月推出，而英飛凌是MMC的共同發(fā)展廠商之一。MMC發(fā)展為行動電話的主要儲存媒體。然而，隨著行動電話越來越強調(diào)體積小巧，業(yè)者正逐漸改用體積更為迷你的記憶卡。MMC的封裝采用簡單的7針序列接口，能與現(xiàn)今許多攜帶式裝置的硬件平臺能輕松的整合。 

MMC的重量不到2公克，大小跟一張郵票差不多。這種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)儲存卡不僅便利可靠，功能穩(wěn)固且輕如羽毛，目前容量最高達(dá)256MB，可以儲存超過4小時CD音質(zhì)的MP3音樂，或差不多16萬頁的印刷內(nèi)容，而且MMC的容量還不斷快速增加，預(yù)計在2009年初便可達(dá)到16GB。