存储IC架构

A. 存储芯片的操作方式

对存储行业而言，存储芯片主要以两种方式实现产品化：
1、ASIC技术实现存储芯片
ASIC(专用集成电路)在存储和网络行业已经得到了广泛应用。除了可以大幅度地提高系统处理能力，加快产品研发速度以外，ASIC更适于大批量生产的产品，根椐固定需求完成标准化设计。在存储行业，ASIC通常用来实现存储产品技术的某些功能，被用做加速器，或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降。
2、FPGA 技术实现存储芯片
FPGA（现场可编程门阵列）是专用集成电路（ASIC）中级别最高的一种。与ASIC相比，FPGA能进一步缩短设计周期，降低设计成本，具有更高的设计灵活性。当需要改变已完成的设计时，ASIC的再设计时间通常以月计算，而FPGA的再设计则以小时计算。这使FPGA具有其他技术平台无可比拟的市场响应速度。
新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多数工具以微微秒-百亿分之一秒计算）的特性。同时，厂商可对FPGA功能模块和I/O模块进行重新配置，也可以在线对其编程实现系统在线重构。这使FPGA可以构建一个根据计算任务而实时定制软核处理器。并且，FPGA功能没有限定，可以是存储控制器，也可以是处理器。新一代FPGA支持多种硬件，具有可编程I/O，IP（知识产权）和多处理器芯核兼备。这些综合优点，使得FPGA被一些存储厂商应用在开发存储芯片架构的全功能产品。

B. 存算一体原理

存算一体芯片主流研究方向：
根据存储器介质的不同，目前存算一体芯片的主流研发集中在传统易失性存储器，如SRAM、DRAM，以及非易失性存储器，如RRAM，PCM，MRAM与闪存等,其中比较成熟的是以SRAM和MRAM为代表的通用近存计算架构。

通用近存计算架构：
采用同构众核的架构，每个存储计算核（MPU）包含计算引擎（Processing Engine, PE）、缓存（Cache）、控制（CTRL）与输入输出（Inout/Output, I/O）等，这里缓存可以是SRAM、MRAM或类似的高速随机存储器。

（1） SRAM存算一体

由于SRAM是二值存储器，二值MAC运算等效于XNOR累加运算，可以用于二值神经网络运算。

（2） DRAM存算一体

基于DRAM的存算一体设计主要利用DRAM单元之间的电荷共享机制[33,34]。

（3） RRAM/PCM/Flash多值存算一体

基于RRAM/PCM/Flah的多值存算一体方案的基本原理是利用存储单元的多值特性，通过器件本征的物理电气行为（例如基尔霍夫定律与欧姆定律）来实现多值MAC运算。每个存储单元可以看作一个可变电导/电阻,用来存储网络权重，当在每一行施加电流/电压（激励）时，每一列即可得到MAC运算的电压/电流值。

（4） RRAM/PCM/MRAM二值存算一体

基于RRAM/PCM/MRAM的二值存算一体主要有两种方案。第一种方案是利用辅助外围电路，跟上述SRAM存算一体类似，第二种方案是直接利用存储单元实现布尔逻辑计算。

C. 什么是架构、引脚、芯片

架构：人们对一个结构内的元素及元素间关系的一种主观映射的产物。也可指构筑，建造。
引脚：引线末端的一段，通过软钎焊使这一段与印制板上的焊盘共同形成焊点。引脚可划分为脚跟（bottom）、脚趾（toe）、脚侧（side）等部分。 引脚，又叫管脚，英文叫Pin。 就是从集成电路（芯片）内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口
芯片 定义：端面可与摩擦衬片和摩擦材料层做成一体的金属片或非金属片。

D. SLC，MLC和TLC芯片三者的区别

SLC、MLC和TLC
X3（3-bit-per-cell）架构的TLC芯片技术是MLC和TLC技术的延伸，最早期NAND Flash技术架构是SLC（Single-Level Cell），原理是在1个存储器储存单元（cell）中存放1位元（bit）的资料，直到MLC（Multi-Level Cell）技术接棒后，架构演进为1个存储器储存单元存放2位元。
2009年TLC架构正式问世，代表1个存储器储存单元可存放3位元，成本进一步大幅降低。
如同上一波SLC技术转MLC技术趋势般，这次也是由NAND Flash大厂东芝（Toshiba）引发战火，之后三星电子（Samsung Electronics）也赶紧加入战局，使得整个TLC技术大量被量产且应用在终端产品上。
TLC芯片虽然储存容量变大，成本低廉许多，但因为效能也大打折扣，因此仅能用在低阶的NAND Flash相关产品上，象是低速快闪记忆卡、小型记忆卡microSD或随身碟等。

E. 主要的四种类型内部存储器芯片是什么

按照功能划分，可以分为四种类型，主要是内存芯片、微处理器、标准芯片和复杂的片上系统（SoCs）。按照集成电路的类型来划分，则可以分为三类，分别是数字芯片、模拟芯片和混合芯片。

从功能上看，半导体存储芯片将数据和程序存储在计算机和数据存储设备上。随机存取存储器（RAM）芯片提供临时的工作空间，而闪存芯片则可以永久保存信息，除非主动删除这些信息。只读存储器（ROM）和可编程只读存储器（PROM）芯片不能修改。而可擦可编程只读存储器（EPROM）和电可擦只读存储器（EEPROM）芯片可以是可以修改的。

微处理器包括一个或多个中央处理器（CPU）。计算机服务器、个人电脑（PC）、平板电脑和智能手机可能都有多个CPU。PC和服务器中的32位和64位微处理器基于x86、POWER和SPARC芯片架构。而移动设备通常使用ARM芯片架构。功能较弱的8位、16位和24位微处理器则主要用在玩具和汽车等产品中。

标准芯片，也称为商用集成电路，是用于执行重复处理程序的简单芯片。这些芯片会被批量生产，通常用于条形码扫描仪等用途简单的设备。商用IC市场的特点是利润率较低，主要由亚洲大型半导体制造商主导。

SoC是最受厂商欢迎的一种新型芯片。在SoC中，整个系统所需的所有电子元件都被构建到一个单芯片中。SoC的功能比微控制器芯片更广泛，后者通常将CPU与RAM、ROM和输入/输出（I/O）设备相结合。在智能手机中，SoC还可以集成图形、相机、音频和视频处理功能。通过添加一个管理芯片和一个无线电芯片还可以实现一个三芯片的解决方案。

芯片的另一种分类方式，是按照使用的集成电路进行划分，目前大多数计算机处理器都使用数字电路。这些电路通常结合晶体管和逻辑门。有时，会添加微控制器。数字电路通常使用基于二进制方案的数字离散信号。使用两种不同的电压，每个电压代表一个不同的逻辑值。

但是这并不代表模拟芯片已经完全被数字芯片取代。电源芯片使用的通常就是模拟芯片。宽带信号也仍然需要模拟芯片，它们仍然被用作传感器。在模拟芯片中，电压和电流在电路中指定的点上不断变化。模拟芯片通常包括晶体管和无源元件，如电感、电容和电阻。模拟芯片更容易产生噪声或电压的微小变化，这可能会产生一些误差。

混合电路半导体是一种典型的数字芯片，同时具有处理模拟电路和数字电路的技术。微控制器可能包括用于连接模拟芯片的模数转换器（ADC），例如温度传感器。而数字-模拟转换器（DAC）可以使微控制器产生模拟电压，从而通过模拟设备发出声音。

F. 芯片架构有多少种

目前市场上主流的芯片架构有X86、ARM、RiSC-V和MIPS四种。

提到芯片架构，就不得不说CPU，因为架构的发明离不开它。CPU也叫中央处理器，是一块超大规模的集成电路，主要包括运算器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。CPU的核心是各种类型的芯片，芯片架构是造芯的第一步。

G. 现在市场上流行固态硬盘，单你知道固态硬盘里芯片的类型么 查询下SLC MLC TLC QLC的区

固态硬盘共有三种闪存类型，分别为SLC、MLC以及TLC；

SLC全称为Single-LevelCell，单层单元闪存。SLC为NAND闪存架构，其每一个单元储存一位数据，但是SLC生产成本较高，晶片可重复写入十万次。SLC的特点是成本高、容量小、速度快

MLC全称为Multi-Level Cell，多层单元闪存，MLC通过使用大量的电压等级，每一个单元储存两位数据，数据密度比较高。MLC的特点是容量大成本低，但是速度相较于SLC更慢。

TLC全称为Triple-cell-per-bit，由于采用三层存储单元，因此可以以较低的成本实现更大的容量。现主流的SSD多数都采用最新的3D NAND闪存堆叠技术，基于该技术可打造出存储容量比同类NAND技术高达数倍的存储设备。该技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来很大的成本节约、能耗降低，以及大幅的性能提升。东芝已研发96层3D BiCS FLASH存储单元。

为什么SLC速度快寿命更长呢？SLC架构由于每Cell仅存放1bit数据，故只有高和低2种电平状态。而MLC架构每Cell需要存放2个bit，即电平至少要被分为4档，TLC则为8档，QLC则为16档。

SLC每Cell只有开和关两种状态,非常稳定,就算其中一个Cell损坏,对整体的性能也不会有影响。而MLC有四种状态，意味着MLC存储时要更精确地控制每个存储单元的充电电压,读写时就需要更长的充电时间来保证数据的可靠性，而且一旦出现错误，就会导致2倍及以上的数据损坏。

而SLC价格更贵的原因在于SLC的一个Cell只存1bit数据，MLC、TLC、QLC的一个Cell却能存2bit或者更多的bit数据，但芯片的体积并没增加，等于压缩存储了数据，这样的结果就是相同的一块芯片存储的容量变大，因此，MLC、TLC、QLC的自然价格就便宜了。

目前，SLC在消费电子领域几乎绝迹，MLC也越来越少，TLC已经成为主流。Intel发布QLC闪存的660P SSD，则吹响了QLC进攻的号角。

H. U盘芯片的闪存芯片（也即是U盘芯片）介绍及分类

SLC英文全称(Single Level Cell——SLC)即单层式储存 。主要由三星、海力士、美光、东芝等使用。
SLC技术特点是在浮置闸极与源极之中的氧化薄膜更薄，在写入数据时通过对浮置闸极的电荷加电压，然后透过源极，即可将所储存的电荷消除，通过这样的方式，便可储存1个信息单元，这种技术能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于Silicon efficiency的问题，必须要由较先进的流程强化技术(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技术。 MLC英文全称（Multi Level Cell——MLC)即多层式储存。主要由东芝、Renesas、三星使用。
英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功MLC，其作用是将两个单位的信息存入一个Floating
Gate（闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，通过内存储存的电压控制精准读写。MLC通过使用大量的电压等级，每个单元储存两位数据，数据密度比较大。SLC架构是0和1两个值，而MLC架构可以一次储存4个以上的值，因此，MLC架构可以有比较好的储存密度。 签于目前市场主要以SLC和MLC储存为主，我们多了解下SLC和MLC储存，并且可以利用老旧的生产程备来提高产品的容量，无须额外投资生产设备，拥有成本与良率的优势。
与SLC相比较，MLC生产成本较低，容量大。如果经过改进，MLC的读写性能应该还可以进一步提升。 MLC架构有许多缺点，首先是使用寿命较短，SLC架构可以写入10万次，而MLC架构只能承受约1万次的写入。
其次就是存取速度慢，在目前技术条件下，MLC芯片理论速度只能达到6MB左右。SLC架构比MLC架构要快速三倍以上。
再者，MLC能耗比SLC高，在相同使用条件下比SLC要多15%左右的电流消耗。
虽然与SLC相比，MLC缺点很多，但在单颗芯片容量方面，目前MLC还是占了绝对的优势。由于MLC架构和成本都具有绝对优势，能满足2GB、4GB、8GB甚至更大容量的市场需求。
U盘中使用的SLC、MLC、TLC闪存芯片的区别
SLC = Single-Level Cell ，即1bit/cell，速度快寿命长，价格超贵（约MLC 3倍以上的价格），约10万次擦写寿命
MLC = Multi-Level Cell，即2bit/cell，速度一般寿命一般，价格一般，约3000---10000次擦写寿命
TLC = Trinary-Level Cell，即3bit/cell，也有Flash厂家叫8LC，速度慢寿命短，价格便宜，约500次擦写寿命，目前还没有厂家能做到1000次。
目前，安德旺科技生产的指纹U盘产品中采用的闪存芯片都是三星MLC中的原装A级芯片。读写速度：采用H2testw v1.4测试，三星MLC写入速度: 4.28-5.59 MByte/s，读取速度: 12.2-12.9 MByte/s。三星SLC写入速度: 8.5MByte/s，读取速度: 14.3MByte/s。
需要说明的闪存的寿命指的是写入(擦写)的次数，不是读出的次数，因为读取对芯片的寿命影响不大。
面是SLC、MLC、TLC三代闪存的寿命差异
SLC 利用正、负两种电荷 一个浮动栅存储1个bit的信息，约10万次擦写寿命。
MLC 利用不同电位的电荷，一个浮动栅存储2个bit的信息，约一万次擦写寿命，SLC-MLC【容量大了一倍，寿命缩短为1/10】。
TLC 利用不同电位的电荷，一个浮动栅存储3个bit的信息，约500-1000次擦写寿命，MLC-TLC【容量大了1/2倍，寿命缩短为1/20】。

I. 闪存芯片的简介

我们常说的闪存其实只是一个笼统的称呼，准确地说它是非易失随机访问存储器（NVRAM）的俗称，特点是断电后数据不消失，因此可以作为外部存储器使用。
而所谓的内存是挥发性存储器，分为DRAM和SRAM两大类，其中常说的内存主要指DRAM，也就是我们熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。 闪存也有不同类型，其中主要分为NOR型和NAND型两大类。
NOR型与NAND型闪存的区别很大，打个比方说，NOR型闪存更像内存，有独立的地址线和数据线，但价格比较贵，容量比较小；而NAND型更像硬盘，地址线和数据线是共用的I/O线，类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般，而且NAND型与NOR型闪存相比，成本要低一些，而容量大得多。因此，NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合，通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行，手机就是使用NOR型闪存的大户，所以手机的“内存”容量通常不大；NAND型闪存主要用来存储资料，我们常用的闪存产品，如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。 这里我们还需要端正一个概念，那就是闪存的速度其实很有限，它本身操作速度、频率就比内存低得多，而且NAND型闪存类似硬盘的操作方式效率也比内存的直接访问方式慢得多。因此，不要以为闪存盘的性能瓶颈是在接口，甚至想当然地认为闪存盘采用USB2.0接口之后会获得巨大的性能提升。
前面提到NAND型闪存的操作方式效率低，这和它的架构设计和接口设计有关，它操作起来确实挺像硬盘（其实NAND型闪存在设计之初确实考虑了与硬盘的兼容性），它的性能特点也很像硬盘：小数据块操作速度很慢，而大数据块速度就很快，这种差异远比其他存储介质大的多。这种性能特点非常值得我们留意。 NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512字节的页，容量16KB；而大容量闪存采用2KB页时，则每个块包含64个页，容量128KB。
每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条，每条数据线每次传输（512+16）bit信息，8条就是（512+16）×8bit，也就是前面说的512字节。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计，如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64M×16bit的NAND型闪存，容量1Gb，基本数据单位是（256+8）×16bit，还是512字节。 每一页的容量决定了一次可以传输的数据量，因此大容量的页有更好的性能。前面提到大容量闪存（4Gb）提高了页的容量，从512字节提高到2KB。页容量的提高不但易于提高容量，更可以提高传输性能。我们可以举例子说明。以三星K9K1G08U0M和K9K4G08U0M为例，前者为1Gb，512字节页容量，随机读（稳定）时间12μs，写时间为200μs；后者为4Gb，2KB页容量，随机读（稳定）时间25μs，写时间为300μs。假设它们工作在20MHz。
读取性能：NAND型闪存的读取步骤分为：发送命令和寻址信息→将数据传向页面寄存器（随机读稳定时间）→数据传出（每周期8bit，需要传送512+16或2K+64次）。
K9K1G08U0M读一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+12μs+（512+16）×50ns=38.7μs；K9K1G08U0M实际读传输率：512字节÷38.7μs=13.2MB/s；K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+（2K+64）×50ns=131.1μs；K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷131.1μs=15.6MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节也容量约提高读性能20%。
写入性能：NAND型闪存的写步骤分为：发送寻址信息→将数据传向页面寄存器→发送命令信息→数据从寄存器写入页面。其中命令周期也是一个，我们下面将其和寻址周期合并，但这两个部分并非连续的。
K9K1G08U0M写一个页需要：5个命令、寻址周期×50ns+（512+16）×50ns+200μs=226.7μs。K9K1G08U0M实际写传输率：512字节÷226.7μs=2.2MB/s。K9K4G08U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+（2K+64）×50ns+300μs=405.9μs。K9K4G08U0M实际写传输率：2112字节/405.9μs=5MB/s。因此，采用2KB页容量比512字节页容量提高写性能两倍以上。 以往NAND型闪存的数据线一般为8条，不过从256Mb产品开始，就有16条数据线的产品出现了。但由于控制器等方面的原因，x16芯片实际应用的相对比较少，但将来数量上还是会呈上升趋势的。虽然x16的芯片在传送数据和地址信息时仍采用8位一组，占用的周期也不变，但传送数据时就以16位为一组，带宽增加一倍。K9K4G16U0M就是典型的64M×16芯片，它每页仍为2KB，但结构为（1K+32）×16bit。
模仿上面的计算，我们得到如下。K9K4G16U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+25μs+（1K+32）×50ns=78.1μs。K9K4G16U0M实际读传输率：2KB字节÷78.1μs=26.2MB/s。K9K4G16U0M写一个页需要：6个命令、寻址周期×50ns+（1K+32）×50ns+300μs=353.1μs。K9K4G16U0M实际写传输率：2KB字节÷353.1μs=5.8MB/s
可以看到，相同容量的芯片，将数据线增加到16条后，读性能提高近70%，写性能也提高16%。 工作频率的影响很容易理解。NAND型闪存的工作频率在20～33MHz，频率越高性能越好。前面以K9K4G08U0M为例时，我们假设频率为20MHz，如果我们将频率提高一倍，达到40MHz，则
K9K4G08U0M读一个页需要：6个命令、寻址周期×25ns+25μs+（2K+64）×25ns=78μs。K9K4G08U0M实际读传输率：2KB字节÷78μs=26.3MB/s。可以看到，如果K9K4G08U0M的工作频率从20MHz提高到40MHz，读性能可以提高近70%！当然，上面的例子只是为了方便计算而已。在三星实际的产品线中，可工作在较高频率下的应是K9XXG08UXM，而不是K9XXG08U0M，前者的频率可达33MHz。 制造工艺可以影响晶体管的密度，也对一些操作的时间有影响。譬如前面提到的写稳定和读稳定时间，它们在我们的计算当中占去了时间的重要部分，尤其是写入时。如果能够降低这些时间，就可以进一步提高性能。90nm的制造工艺能够改进性能吗？答案恐怕是否！实际情况是，随着存储密度的提高，需要的读、写稳定时间是呈现上升趋势的。前面的计算所举的例子中就体现了这种趋势，否则4Gb芯片的性能提升更加明显。
综合来看，大容量的NAND型闪存芯片虽然寻址、操作时间会略长，但随着页容量的提高，有效传输率还是会大一些，大容量的芯片符合市场对容量、成本和性能的需求趋势。而增加数据线和提高频率，则是提高性能的最有效途径，但由于命令、地址信息占用操作周期，以及一些固定操作时间（如信号稳定时间等）等工艺、物理因素的影响，它们不会带来同比的性能提升。
1Page=（2K+64）Bytes；1Block=（2K+64）B×64Pages=（128K+4K)Bytes；1Device=（2K+64）B×64Pages×4096Blocks=4224Mbits
其中：A0～11对页内进行寻址，可以被理解为“列地址”。
A12～29对页进行寻址，可以被理解为“行地址”。为了方便，“列地址”和“行地址”分为两组传输，而不是将它们直接组合起来一个大组。因此每组在最后一个周期会有若干数据线无信息传输。没有利用的数据线保持低电平。NAND型闪存所谓的“行地址”和“列地址”不是我们在DRAM、SRAM中所熟悉的定义，只是一种相对方便的表达方式而已。为了便于理解，我们可以将上面三维的NAND型闪存芯片架构图在垂直方向做一个剖面，在这个剖面中套用二维的“行”、“列”概念就比较直观了。

J. 存储器芯片属于哪种集成电路

存储器芯片属于通用集成电路。
存储芯片是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用。因此，无论是系统芯片还是存储芯片，都是通过在单一芯片中嵌入软件，实现多功能和高性能，以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。
对存储行业而言，存储芯片主要以两种方式实现产品化：
1、ASIC技术实现存储芯片
ASIC(专用集成电路)在存储和网络行业已经得到了广泛应用。除了可以大幅度地提高系统处理能力，加快产品研发速度以外，ASIC更适于大批量生产的产品，根椐固定需求完成标准化设计。在存储行业，ASIC通常用来实现存储产品技术的某些功能，被用做加速器，或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降。
2、FPGA 技术实现存储芯片
FPGA（现场可编程门阵列）是专用集成电路（ASIC）中级别最高的一种。与ASIC相比，FPGA能进一步缩短设计周期，降低设计成本，具有更高的设计灵活性。当需要改变已完成的设计时，ASIC的再设计时间通常以月计算，而FPGA的再设计则以小时计算。这使FPGA具有其他技术平台无可比拟的市场响应速度。
新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多数工具以微微秒-百亿分之一秒计算）的特性。同时，厂商可对FPGA功能模块和I/O模块进行重新配置，也可以在线对其编程实现系统在线重构。这使FPGA可以构建一个根据计算任务而实时定制软核处理器。并且，FPGA功能没有限定，可以是存储控制器，也可以是处理器。新一代FPGA支持多种硬件，具有可编程I/O，IP（知识产权）和多处理器芯核兼备。这些综合优点，使得FPGA被一些存储厂商应用在开发存储芯片架构的全功能产品。