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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(jī)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(fèi)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(gè)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?yàn)楸绕餘AND,，其平行架構(gòu)能加速數(shù)據(jù)讀取與位重寫的時(shí)間,。但比起NOR,，NAND的內(nèi)存細(xì)胞(Memory cell)與個(gè)別區(qū)塊明顯較小,，在寫入/消除速度上較快，程序編程時(shí)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?yàn)槠渌俣饶苤С殖绦虼a的直接執(zhí)行,。在NOR裝置中，如SRAM,，總線接口則具有個(gè)別的數(shù)據(jù),、地址與控制命令行，每個(gè)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(jī)、打印機(jī)以及計(jì)算機(jī)Bios中,。若是要儲存大型數(shù)據(jù)文件,，NAND則是主流選擇，因?yàn)槠涿總€(gè)位的成本較低,，因此,，在數(shù)字相機(jī)、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(jì)，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(gè)個(gè)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(jìn)的流程強(qiáng)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(gè)別儲存在晶體管中不同的兩端，而儲存的數(shù)據(jù)亦可個(gè)別加以讀取,、寫入并消除,。MBC閃存將個(gè)別的二位儲存于一個(gè)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(diǎn)。 

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(qiáng)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(diǎn)如下： 

◆比起SLC閃存芯片,，位大小大幅縮減，進(jìn)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(kuò)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(gè)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(diǎn)),，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(diǎn)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(gè)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(shí)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(jī)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(jì)算機(jī)與筆記型計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，也可以用于具M(jìn)P3或數(shù)字相機(jī)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(shí)時(shí)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(kuò)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(kuò)充槽，目前能擴(kuò)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(jì)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(gè)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(jì),，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?yàn)镹AND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(jià)格，目前在數(shù)字相機(jī),、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(jī)，而數(shù)字相機(jī)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(diǎn),。然而與MMC不同的是,，SD卡具有機(jī)械式寫入保護(hù)開關(guān)(mechanical write protect switch)，以免消費(fèi)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(jī),、PDA,、行動電話與數(shù)字相機(jī)。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(qiáng)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(shí)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(jì)在2009年初便可達(dá)到16GB,。