NAND FLASH與NOR FLASH的技術對比

本文要點：

1. NAND FLASH與NOR FLASH 的技術對比；
2. 最詳細的存儲單元對比詳解；
3. NAND FLASH與NOR FLASH 的最新市場份額及應用；
4. NAND FLASH與NOR FLASH 的基礎原理分析。

目前，NOR FLASH和NAND FLASH是市場上主要的非易失性閃存技術，但是據我了解，還是有很多工程師分不清NAND FLASH與NOR FLASH。

然后，我從權威的網站上找到了最新的NAND FLASH收益以及市場份額表，根據最新的表單，我們可以知道誰是這個市場的老大，做的比較好一些，一方面讓工程師時刻知道市場的動向，另一方面可以在之后的器件選型等方面提供重要的參考。

一般來說，快閃記憶體可分為兩大規格，一個是NAND, 一個是NOR。

簡單來說，NAND一般以存儲數據為主，芯片容量大，容量可以達到2Gb甚至更大，NAND的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的，通常一次讀取512個字節，采用這種技術的Flash比較廉價；NOR一般以存儲程序代碼為主，又稱為Code Flash，所以可讓微處理器直接讀取，但芯片容量較低，主流容量512Mb，NOR采用內存的隨機讀取技術。如果利用閃存只是用來存儲少量的代碼，這時NOR Flash更合適一些。用戶不能直接運行NAND Flash上的代碼，因此很多使用NAND Flash的Demo Board除了使用NAND Flash以外，還加上一塊小的NOR Flash來運行啟動代碼。

通過下表我比較了幾乎所有關于NAND FLASH以及NOR FLASH的全部重要特性。

然后，對于Flash三個重要概念的理解：

1. Flash屬于非易失性存儲設備，內部存儲單元是MOSFET，里面有一個懸浮門(Floating Gate), 是存儲數據的單元。與此對應的，易失性存儲設備就是斷電后，數據就丟失了，例如常用的內存，不論是之前的SDRAM，還是現在通用的DDR3以及DDR4，都是斷電后，數據就沒有了。
2. SLC和MLC的區別：NAND FLASH的內存單元可以分為兩類，存儲一位數據，也就是SLC(Single Level Cell); 對應的，存儲多位數據的就是MLC(Multi Level Cell)，比如兩位，或者四位。
3. 大多數的寫入操作需要先進行擦除操作。

到此，對于NAND FLASH以及NOR FLASH 我們有了一個基本的認識。

我對知識的學習一個重要的方法是對比，通過圖表的對比更能看出各自的差異化，從而達到加深知識的效果，因此我做了下圖來比較目前所有存儲器的最小單元結構圖，便于學習與理解。

原理分析

要說明此原理，需要一些基本的量子物理學，我認為以下這種論述是比較適合理解的，也很有趣：

經典物理學認為，物體越過勢壘，有一定的閾值能量；所以，粒子能量小于此閾值能量的不能越過，能量大于此閾值能量的可以越過。舉例來說，我們騎自行車過坡道，如果先用力騎，因此有一定初始能量，坡道不高的話，即使不蹬自行車也可以依靠慣性過去；但是，如果坡道很高，不蹬自行車，可能車上升到了一半，可能就退回來了。

而量子力學則認為，即便是粒子能量小于閾值能量，同時很多粒子沖向勢壘，雖然也有一部分粒子會反彈，但是還會有一些粒子可以越過去，好像有一個隧道，因此稱為量子隧道。

對比二者的差異發現，宏觀上的確定性在微觀上常常就具有不確定性。因為隧穿幾率極小，因此通常情況下，隧道效應并不影響經典的宏觀效應，但是某些特殊條件下也會出現。當微電子器件進一步微型化是必須要考慮量子效應。

NAND FLASH的擦寫均是基于隧道效應，電流穿過浮置柵極與硅基層之間的絕緣層，對浮置柵極進行充電（寫數據）或放電（擦除數據）；另外，NOR FLASH擦除數據也是基于隧道效應（電流從浮置柵極到硅基層），但在寫入數據時則是采用熱電子注入方式（電流從浮置柵極到源極）。

對于FLASH閃存單元來說，它是為三端器件，與場效應管有相同的名稱：源極、漏極和柵極。柵極與硅襯底之間有二氧化硅絕緣層，用來保護浮置柵極中的電荷不會泄漏。采用這種結構，使得存儲單元具有了電荷保持能力。舉個栗子，就像是裝進瓶子里的水，當你倒入水后，水位就一直保持在那里，除非你再次倒入或倒出，所以閃存具有記憶能力。

絕緣浮置柵極是NAND存儲數據的核心

總結：

NAND和NOR Flash是兩種常見的非易失性存儲器，它們在存儲容量、讀寫速度、功耗等方面有不同的特點。

NAND Flash通常用于大容量數據存儲，因為它具有較高的密度和較低的單元成本。它的讀寫速度相對較慢，但是可以快速進行擦除和編程操作。NAND Flash被廣泛應用于存儲文件、音樂、視頻等大型數據。

NOR Flash具有較高的讀取速度和可靠性，但是它的密度和成本相對較高。它通常用于存儲代碼和應用程序，因為它的快速讀取速度可以提高系統的性能。NORFlash還可以在芯片上執行代碼，這使得它成為嵌入式系統的中的常用存儲器。

在選擇使用哪種Flash存儲器時，需要根據應用場景和個人需求進行權衡。需要大容量、低成本的的數據存儲方案時，可以選擇NANDFlash；需要快速讀取速度和可靠性時，可以選擇NORFlash。

怎么高效的學習并使用NAND flash 和NOR flash？

首先，了解NAND和NOR Flash的基本原理是至關重要的。這包括了解它們的工作原理、特性以及它們在存儲和讀取數據時的差異。通過深入理解Flash存儲器的內部結構和操作方式，我們可以更好地優化設計和解決潛在問題。

其次，合理規劃和設計硬件電路是確保性能和可靠性的關鍵。我們需要仔細考慮電路布局、信號完整性和功耗管理等因素。確保電路板的布線和連接符合設計規范，并采取必要的措施來降低信號干擾和噪聲。

此外，與軟件工程師和團隊密切合作也是成功的關鍵。在NAND和NOR Flash硬件開發過程中，與軟件工程師緊密協作，確保硬件和軟件之間的兼容性和良好的協同工作。這有助于減少潛在的問題和故障，并提高整體系統性能。