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存儲晶元詳解

發布時間: 2022-05-14 13:32:30

『壹』 讓國內如此瘋狂的 3D NAND快閃記憶體到底是個啥

什麼是3D NAND快閃記憶體?
從新聞到評測,我們對3D NAND快閃記憶體的報道已經非常多了,首先我們要搞懂什麼是3D NAND快閃記憶體。

從2D NAND到3D NAND就像平房到高樓大廈
我們之前見過的快閃記憶體多屬於Planar NAND平面快閃記憶體,也叫有2D NAND或者直接不提2D的,而3D 快閃記憶體,顧名思義,就是它是立體堆疊的,Intel之前用蓋樓為例介紹了3D NAND,普通NAND是平房,那麼3D NAND就是高樓大廈,建築面積一下子就多起來了,理論上可以無線堆疊。

3D NAND與2D NAND區別
3D NAND快閃記憶體也不再是簡單的平面內存堆棧,這只是其中的一種,還有VC垂直通道、VG垂直柵極等兩種結構。
3D NAND快閃記憶體有什麼優勢?
在回答3D NAND快閃記憶體有什麼優勢的時候,我們先要了解平面NAND遇到什麼問題了——NAND快閃記憶體不僅有SLC、MLC和TLC類型之分,為了進一步提高容量、降低成本,NAND的製程工藝也在不斷進步,從早期的50nm一路狂奔到目前的15/16nm,但NAND快閃記憶體跟處理器不一樣,先進工藝雖然帶來了更大的容量,但NAND快閃記憶體的製程工藝是雙刃劍,容量提升、成本降低的同時可靠性及性能都在下降,因為工藝越先進,NAND的氧化層越薄,可靠性也越差,廠商就需要採取額外的手段來彌補,但這又會提高成本,以致於達到某個點之後製程工藝已經無法帶來優勢了。
相比之下,3D NAND解決問題的思路就不一樣了,為了提高NAND的容量、降低成本,廠商不需要費勁心思去提高製程工藝了,轉而堆疊更多的層數就可以了,這樣一來3D NAND快閃記憶體的容量、性能、可靠性都有了保證了,比如東芝的15nm NAND容量密度為1.28Gb/mm2,而三星32層堆棧的3D NAND可以輕松達到1.87Gb/mm2,48層堆棧的則可以達到2.8Gb/mm2。

3D NAND快閃記憶體在容量、速度、能效及可靠性上都有優勢
傳統的平面NAND快閃記憶體現在還談不上末路,主流工藝是15/16nm,但10/9nm節點很可能是平面NAND最後的機會了,而3D NAND快閃記憶體還會繼續走下去,目前的堆棧層數不過32-48層,廠商們還在研發64層甚至更高層數的堆棧技術。
四大NAND豪門的3D NAND快閃記憶體及特色
在主要的NAND廠商中,三星最早量產了3D NAND,其他幾家公司在3D NAND快閃記憶體量產上要落後三星至少2年時間,Intel、美光去年才推出3D NAND快閃記憶體,Intel本月初才發布了首款3D NAND快閃記憶體的SSD,不過主要是面向企業級市場的。
這四大豪門的3D NAND快閃記憶體所用的技術不同,堆棧的層數也不一樣,而Intel在常規3D NAND快閃記憶體之外還開發了新型的3D XPoint快閃記憶體,它跟目前的3D快閃記憶體有很大不同,屬於殺手鐧級產品,值得關注。

四大NAND豪門的3D NAND快閃記憶體規格及特色
上述3D NAND快閃記憶體中,由於廠商不一定公布很多技術細節,特別是很少提及具體的製程工藝,除了三星之外其他廠商的3D NAND快閃記憶體現在才開始推向市場,代表性產品也不足。
三星:最早量產的V-NAND快閃記憶體
三星是NAND快閃記憶體市場最強大的廠商,在3D NAND快閃記憶體上也是一路領先,他們最早在2013年就開始量產3D NAND快閃記憶體了。在3D NAND路線上,三星也研究過多種方案,最終量產的是VG垂直柵極結構的V-NAND快閃記憶體,目前已經發展了三代V-NAND技術,堆棧層數從之前的24層提高到了48層,TLC類型的3D NAND核心容量可達到256Gb容量,在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。

三星最早量產了3D NAND快閃記憶體
值得一提的是,三星在3D NAND快閃記憶體上領先不光是技術、資金的優勢,他們首先選擇了CTF電荷擷取快閃記憶體(charge trap flash,簡稱CTF)路線,相比傳統的FG(Floating Gate,浮柵極)技術難度要小一些,這多少也幫助三星佔了時間優勢。
有關V-NAND快閃記憶體的詳細技術介紹可以參考之前的文章:NAND新時代起點,三星V-NAND技術詳解
東芝/閃迪:獨辟蹊徑的BiCS技術
東芝是快閃記憶體技術的發明人,雖然現在的份額和產能被三星超越,不過東芝在NAND及技術領域依然非常強大,很早就投入3D NAND研發了,2007年他們獨辟蹊徑推出了BiCS技術的3D NAND——之前我們也提到了,2D NAND快閃記憶體簡單堆棧是可以作出3D NAND快閃記憶體的,但製造工藝復雜,要求很高,而東芝的BiCS快閃記憶體是Bit Cost Scaling,強調的就是隨NAND規模而降低成本,號稱在所有3D NAND快閃記憶體中BiCS技術的快閃記憶體核心面積最低,也意味著成本更低。

東芝的BiCS技術3D NAND
東芝和閃迪是戰略合作夥伴,雙方在NAND領域是共享技術的,他們的BiCS快閃記憶體去年開始量產,目前的堆棧層數是48層,MLC類型的核心容量128Gb,TLC類型的容量可達256Gb,預計會在日本四日市的Fab 2工廠規模量產,2016年可以大量出貨了。
SK Hynix:悶聲發財的3D NAND
在這幾家NAND廠商中,SK Hynix的3D NAND最為低調,相關報道很少,以致於找不到多少SK Hynix的3D NAND快閃記憶體資料,不過從官網公布的信息來看,SK Hynix的3D NAND快閃記憶體已經發展了3代了,2014年Q4推出的第一代,2015年Q3季度推出的第二代,去年Q4推出的則是第三代3D NAND快閃記憶體,只不過前面三代產品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移動市場,今年推出的第四代3D NAND快閃記憶體則會針對UFS 2.1、SATA及PCI-E產品市場。

SK Hynix的3D NAND快閃記憶體堆棧層數從36層起步,不過真正量產的是48層堆棧的3D NAND快閃記憶體,MLC類型的容量128Gb,TLC類型的也可以做到256Gb容量。
Intel/美光:容量最高的3D NAND快閃記憶體
這幾家廠商中,Intel、美光的3D NAND快閃記憶體來的最晚,去年才算正式亮相,不過好菜不怕晚,雖然進度上落後了點,但IMFT的3D NAND有很多獨特之處,首先是他們的3D NAND第一款採用FG浮柵極技術量產的,所以在成本及容量上更有優勢,其MLC類型快閃記憶體核心容量就有256Gb,而TLC快閃記憶體則可以做到384Gb,是目前TLC類型3D NAND快閃記憶體中容量最大的。

美光、Intel的3D NAND容量密度是最高的
384Gb容量還不終點,今年的ISSCC大會上美光還公布了容量高達768Gb的3D NAND快閃記憶體論文,雖然短時間可能不會量產,但已經給人帶來了希望。
Intel的殺手鐧:3D XPoint快閃記憶體
IMFT在3D NAND快閃記憶體上進展緩慢已經引起了Intel的不滿,雖然雙方表面上還很和諧,但不論是16nm快閃記憶體還是3D快閃記憶體,Intel跟美光似乎都有分歧,最明顯的例子就是Intel都開始採納友商的快閃記憶體供應了,最近發布的540s系列硬碟就用了SK Hynix的16nm TLC快閃記憶體,沒有用IMFT的。
Intel、美光不合的證據還有最明顯的例子——那就是Intel甩開美光在中國大連投資55億升級晶圓廠,准備量產新一代快閃記憶體,很可能就是3D XPoint快閃記憶體,這可是Intel的殺手鐧。

3D XPoint快閃記憶體是Intel掌控未來NAND市場的殺手鐧
這個3D XPoint快閃記憶體我們之前也報道過很多了,根據Intel官方說法,3D XPoint快閃記憶體各方面都超越了目前的內存及快閃記憶體,性能是普通顯存的1000倍,可靠性也是普通快閃記憶體的1000倍,容量密度是內存的10倍,而且是非易失性的,斷電也不會損失數據。
由於還沒有上市,而且Intel對3D XPoint快閃記憶體口風很嚴,所以我們無法確定3D XPpoint快閃記憶體背後到底是什麼,不過比較靠譜的說法是基於PCM相變存儲技術,Intel本來就是做存儲技術起家的,雖然現在的主業是處理器,但存儲技術從來沒放鬆,在PCM相變技術上也研究了20多年了,現在率先取得突破也不是沒可能。
相比目前的3D NAND快閃記憶體,3D XPoint快閃記憶體有可能革掉NAND及DRAM內存的命,因為它同時具備這兩方面的優勢,所以除了做各種規格的SSD硬碟之外,Intel還准備推出DIMM插槽的3D XPoint硬碟,現在還不能取代DDR內存,但未來一切皆有可能。
最後再回到我們開頭提到的問題上——中國大陸現在也把存儲晶元作為重點來抓,武漢新芯科技(XMC)已經在武漢開工建設12英寸晶圓廠,第一個目標就是NAND快閃記憶體,而且是直接切入3D NAND快閃記憶體,他們的3D NAND技術來源於飛索半導體(Spansion),而後者又是1993年AMD和富士通把雙方的NOR快閃記憶體部門合並而來,後來他們又被賽普拉斯半導體以40億美元的價格收購。
2015年新芯科技與飛索半導體達成了合作協議,雙方合作研發、生產3D NAND快閃記憶體,主要以後者的MirrorBit快閃記憶體技術為基礎。不過小編搜遍了網路也沒找到多少有關MirrorBit的技術資料。這兩家公司的快閃記憶體技術多是NOR領域的,3D NAND顯然是比不過三星、SK Hynix及東芝等公司的,有一種說法是MirrorBit的堆棧層數只有8層,如果真是這樣,相比主流的32-48層堆棧就差很遠了,成本上不會有什麼優勢。

『貳』 NAND flash和NOR flash的區別詳解

我們使用的智能手機除了有一個可用的空間(如蘋果8G、16G等),還有一個RAM容量,很多人都不是很清楚,為什麼需要二個這樣的晶元做存儲呢,這就是我們下面要講到的。這二種存儲設備我們都統稱為「FLASH」,FLASH是一種存儲晶元,全名叫Flash EEPROM Memory,通地過程序可以修改數據,即平時所說的「快閃記憶體」。Flash又分為NAND flash和NOR flash二種。U盤和MP3里用的就是這種存儲器。

相「flash存儲器」經常可以與相「NOR存儲器」互換使用。許多業內人士也搞不清楚NAND快閃記憶體技術相對於NOR技術的優越之處,因為大多數情況下快閃記憶體只是用來存儲少量的代碼,這時NOR快閃記憶體更適合一些。而NAND則是高數據存儲密度的理想解決方案。NOR Flash 的讀取和我們常見的 SDRAM 的讀取是一樣,用戶可以直接運行裝載在 NOR FLASH 裡面的代碼,這樣可以減少 SRAM 的容量從而節約了成本。 NAND Flash 沒有採取內存的隨機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的, 通常是一次讀取 512 個位元組,採用這種技術的 Flash 比較廉價。用戶 不能直接運行 NAND Flash 上的代碼,因此好多使用 NAND Flash 的開發板除了使用 NAND Flah 以外,還作上了 一塊小的 NOR Flash 來運行啟動代碼。

NOR flash是intel公司1988年開發出了NOR flash技術。NOR的特點是晶元內執行(XIP, eXecute In Place),這樣應用程序可以直接在flash 快閃記憶體內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高,在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除 速度大大影響了它的性能。

『叄』 內存,晶元為什麼可以儲存信息和數據

晶元儲存信息的原理為:

對動態存儲器進行寫入操作時,行地址首先將RAS鎖存於晶元中,然後列地址將CAS鎖存於晶元中,WE有效,寫入數據,則寫入的數據被存儲於指定的單元中。

對動態存儲器進行讀出操作時,CPU首先輸出RAS鎖存信號,獲得數據存儲單元的行地址,然後輸出CAS鎖存信號,獲得數據存儲單元的列地址,保持WE=1,便可將已知行列地址的存儲單元中數據讀取出來。

內存的工作原理為:

1、只讀存儲器

在製造時,信息(數據或程序)就被存入並永久保存。這些信息只能讀出,一般不能寫入,即使機器停電,這些數據也不會丟失。

2、隨機存儲器

隨機存儲器表示既可以從中讀取數據,也可以寫入數據。當機器電源關閉時,存於其中的數據就會丟失。

3、高速緩沖存儲器

當CPU向內存中寫入或讀出數據時,這個數據就被存儲進高速緩沖存儲器中。

(3)存儲晶元詳解擴展閱讀:

內存DDR2與DDR的區別

1、最高標准頻率不同。

DDR2內存起始頻率從DDR內存最高標准頻率400Mhz開始,現已定義可以生產的頻率支持到533Mhz到667Mhz,標准工作頻率工作頻率分別是200/266/333MHz,工作電壓為1.8V。DDR2採用全新定義的240 PIN DIMM介面標准,完全不兼容於DDR的184PIN DIMM介面標准。

2、數據傳輸方式不同。

DDR2和DDR一樣,採用了在時鍾的上升延和下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但是最大的區別在於,DDR2內存可進行4bit預讀取。兩倍於標准DDR內存的2BIT預讀取,這就意味著,DDR2擁有兩倍於DDR的預讀系統命令數據的能力,因此,DDR2則簡單的獲得兩倍於DDR的完整的數據傳輸能力。

『肆』 快閃記憶體晶元的說明

I/O0~I/O7:數據輸入輸出口, I/O口常用於指令和地址的輸入以及數據的輸入/輸出,其中數據在
讀的過程中輸入。當晶元沒有被選中或不能輸出時, I/O口處於高阻態。
CLE:指令鎖存端,用於激活指令到指令寄存器的路徑, 並在WE上升沿且CLE 為高電平時將指令鎖存。
ALE: 地址鎖存端, 用於激活地址到內部地址寄存器的路徑,並在WE上升沿且ALE為高電平時,地址鎖存。
CE: 片選端, 用於控制設備的選擇。當設備忙時, CE 為高電平而被忽略, 此時設備不能回到備用狀態。
RE: 讀使能端,用於控制數據的連續輸出,並將數據送到I/ O 匯流排。只有在RE的下降沿時,輸出數據才有效, 同時, 它還可以對內部數據地址進行累加。
WE: 寫使能控制端, 用於控制I/O口的指令寫入,同時,通過該埠可以在WE脈沖的上升沿將指令、地址和數據進行鎖存。
WP: 防寫端, 通過WP 端可在電源變換中進行防寫。當WP為低電平時,其內部高電平發生器將復位。
R/ B : 就緒/ 忙輸出, R/ B 的輸出能夠顯示設備的操作狀態。R/ B 處於低電平時,表示有編程、擦除或隨機讀操作正在進行。操作完成後, R/B會自動返回高電平。由於該端是漏極開路輸出, 所以即使當晶元沒有被選中或輸出被禁止時, 它也不會處於高阻態。
PRE:通電讀操作,用於控制通電時的自動讀操作,PRE 端接到VCC可實現通電自動讀操作。
VCC :晶元電源端。
VSS :晶元接地端。
NC:懸空。

『伍』 存儲器晶元,為什麼用32Kx8位來說明容量,不直接用32KB

1.存儲晶元容量與晶元數據線、地址線根數都有關系!
2.若晶元數據線8根,即每個存儲單元容量1B,則32KB容量,需要32K存儲單元,對應地址線要15根。
3.若晶元數據線16根,即每個存儲單元容量2B,則32KB容量,需要16K存儲單元,對應地址線要14根。
4.存儲容量=2的N次方*M/8
N:地址線根數
M:數據線根數

『陸』 說能幫我講解一下CPU內部的結構包括內存的存儲具體方式

1. CPU內部基本結構CPU包括運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件。CPU從存儲器或高速緩沖存儲器中取出指令,放入指令寄存器,並對指令解碼。它把指令分解成一系列的微操作,然後發出各種控制命令,執行微操作系列,從而完成一條指令的執行。指令是計算機規定執行操作的類型和操作數的基本命令。指令是由一個位元組或者多個位元組組成,其中包括操作碼欄位、一個或多個有關操作數地址的欄位以及一些表徵機器狀態的狀態字和特徵碼。有的指令中也直接包含操作數本身。 2. 內存的存儲具體方式內存就是存儲程序以及數據的地方,比如當我們在使用WPS處理文稿時,當你在鍵盤上敲入字元時, DDR 和 DDR2 技術對比的數據,它就被存入內存中,當你選擇存檔時,內存中的數據才會被存入硬(磁)盤。在進一步理解它之前,還應認識一下它的物理概念。 內存一般採用半導體存儲單元,包括隨機存儲器(RAM),只讀存儲器(ROM),以及高速緩存(CACHE)。只不過因為RAM是其中最重要的存儲器。S(synchronous)DRAM 同步動態隨機存取存儲器:SDRAM為168腳,這是目前PENTIUM及以上機型使用的內存。SDRAM將CPU與RAM通過一個相同的時鍾鎖在一起,使CPU和RAM能夠共享一個時鍾周期,以相同的速度同步工作,每一個時鍾脈沖的上升沿便開始傳遞數據,速度比EDO內存提高50%。DDR(DOUBLE DATA RATE)RAM :SDRAM的更新換代產品,他允許在時鍾脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據,這樣不需要提高時鍾的頻率就能加倍提高SDRAM的速度。 ●只讀存儲器(ROM) ROM表示只讀存儲器(Read Only Memory),在製造ROM的時候,信息(數據或程序)就被存入並永久保存。這些信息只能讀出,一般不能寫入,即使機器停電,這些數據也不會丟失。ROM一般用於存放計算機的基本程序和數據,如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式(DIP)的集成塊。 ●隨機存儲器(RAM) </B> 隨機存儲器(Random Access Memory)表示既可以從中讀取數據,也可以寫入數據。當機器電源關 內存閉時,存於其中的數據就會丟失。我們通常購買或升級的內存條就是用作電腦的內存,內存條(SIMM)就是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板,它插在計算機中的內存插槽上,以減少RAM集成塊佔用的空間。目前市場上常見的內存條有1G/條,2G/條,4G/條等。 ●高速緩沖存儲器(Cache) </B> Cache也是我們經常遇到的概念,也就是平常看到的一級緩存(L1 Cache)、二級緩存(L2 Cache)、三級緩存(L3 Cache)這些數據,它位於CPU與內存之間,是一個讀寫速度比內存更快的存儲器。當CPU向內存中寫入或讀出數據時,這個數據也被存儲進高速緩沖存儲器中。當CPU再次需要這些數據時,CPU就從高速緩沖存儲器讀取數據,而不是訪問較慢的內存,當然,如需要的數據在Cache中沒有,CPU會再去讀取內存中的數據。 物理存儲器和存儲地址空間是兩個不同的概念。但是由於這兩者有十分密切的關系,而且兩者都用內存B、KB、MB、GB來度量其容量大小,因此容易產生認識上的混淆。初學者弄清這兩個不同的概念,有助於進一步認識內存儲器和用好內存儲器。 物理存儲器是指實際存在的具體存儲器晶元。如主板上裝插的內存條和裝載有系統的BIOS的ROM晶元,顯示卡上的顯示RAM晶元和裝載顯示BIOS的ROM晶元,以及各種適配卡上的RAM晶元和ROM晶元都是物理存儲器。 存儲地址空間是指對存儲器編碼(編碼地址)的范圍。所謂編碼就是對每一個物理存儲單元(一個位元組)分配一個號碼,通常叫作「編址」。分配一個號碼給一個存儲單元的目的是為了便於找到它,完成數據的讀寫,這就是所謂的「定址」(所以,有人也把地址空間稱為定址空間)。 地址空間的大小和物理存儲器的大小並不一定相等。舉個例子來說明這個問題:某層樓共有17個房間,其編號為801~817。這17個房間是物理的,而其地址空間採用了三位編碼,其范圍是800~899共100個地址,可見地址空間是大於實際房間數量的。 對於386以上檔次的微機,其地址匯流排為32位,因此地址空間可達2的32次方,即4GB。(雖然如此,但是我們一般使用的一些操作系統例如windows xp、卻最多隻能識別或者使用3.25G的內存,64位的操作系統能識別並使用4G和4G以上的的內存, 好了,現在可以解釋為什麼會產生諸如:常規內存、保留內存、上位內存、高端內存、擴充內存和擴展內存等不同內存類型。

『柒』 TF存儲卡工作原理是什麼呀求大神詳解!

TF卡就是一片flash快閃記憶體晶元,晶元內有電容和無數個三端晶體管(類似場效應管)構成的電路,每個效應管都可以把電荷存儲起來而不流失,就相當於存儲了數據。

『捌』 存儲器晶元中地址解碼的方式有幾種,分別說明它們的特點

  1. 若CPU的定址空間等於存儲器晶元的定址空間,可直接將高低位地址線相連即可,這種方式下,可用單條讀寫指令直接定址,定址地址與指令中的地址完全吻合。

  2. 若CPU的定址空間大於存儲器晶元的定址空間,可直接將高低位地址線相連即可,CPU剩餘部分高位地址線,這種方式下,可用單條讀寫指令直接定址,未連接的地址線在指令中可以以0或1出現,即有多個地址對應每個存儲器空間,可在指令中將這些位默認為零。

  3. 若CPU的定址空間小於存儲器晶元的定址空間,可將其它IO口連接剩餘存儲器高位地址線,定址前,需設置好這些IO口。

  4. 當存在多片存儲器,且希望節省CPU的IO口時,需要外加解碼電路。比如說,存儲器地址線為13根,共8片存儲器,可用74LS138連接CPU的高3位地址線,74LS38的8位輸出分別連接8片存儲器,讀寫時,定址地址與指令中的地址完全吻合。

  5. 上一種情況中,若希望簡化外圍電路,也可用其餘埠的8個IO分別連接8片存儲的片選,其定址方式與第三種情況類似。

『玖』 常用存儲器片選控制方法有哪幾種它們各有什麼優缺點

線選法,部分解碼法,全部解碼法。

線選法電路簡單,但是會造成地址z堆疊,空間利用率低且具體編程時不易編織;

全解碼法的晶元利用率高,不會出現地址堆疊,但是電路比起線選法復雜得多;

部分解碼法介於兩者之間,也會產生一定程度的地址堆疊,但是有相對連續的地址空間。

(9)存儲晶元詳解擴展閱讀:

存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。

主存中匯集存儲單元的載體稱為存儲體,存儲體中每個單元能夠存放一串二進制碼表示的信息,該信息的總位數稱為一個存儲單元的字長。存儲單元的地址與存儲在其中的信息是一一對應的,單元地址只有一個,固定不變,而存儲在其中的信息是可以更換的。

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