非易失性存储器 - 存储技术大揭晓:设计开发的你了解多少?

非易失性存储器

NAND和NOR闪存技术仍是非易失性存储器的核心，但磁阻（MRAM）、铁电RAM（FRAM）和相变存储器（PCM）等其他技术正在逐步普及。单个系统一般都融合了多种技术。基于微控制器的独立冗余磁盘阵列（RAID）系统可能将NAND或NOR闪存用于程序存储器，而将MRAM、FRAM或PCM用于RAID数据表，来替代带蓄电池后备电源的动态RAM（DRAM）。

所有这些技术的存储容量都在日益增长，其中以NAND的容量最大，这是因为NAND更多地使用了多级单元（MLC），尽管单级单元（SLC）NAND闪存仍可提供比较理想的成本、吞吐能力、使用寿命和可靠性。MLC也可与NOR技术配合使用。

大多数USB闪存驱动器和其他移动存储卡都将采用MLC NAND闪存。与高级闪存控制器配合使用时，它甚至还可以用于高容量企业驱动器中。企业级产品的最佳使用寿命是五年，因此系统设计人员一般都要求闪存驱动器的“保质期”至少有五年。

尽管闪存的速度很快，但是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推动着SSD控制器技术的发展。除了性能和可靠性之外，MLC闪存控制器还面临着诸多挑战。

区块循环和负载均衡是驱动器具有长使用寿命的关键。甚至温度管理对使用寿命也有影响。SandForce是一家闪存控制器供应商。该公司的DuraClass RAISE（独立硅元素冗余阵列）技术采用了RAID架构来实现闪存区块故障的恢复。

NOR闪存的应用范围已经覆盖到更严苛的环境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技术，可用于温度范围为–40°C至105°C的汽车车内应用。它现在采用9mm×9mm BGA封装。

此外，NOR闪存还拥有支持直接从闪存执行代码的优势。三星等公司正在结合使用SRAM和NAND闪存，从而向NOR闪存提出挑战。三星的OneNAND在其NAND控制器中集成了3KB SRAM缓冲器。必要时，开发人员可以通过此控制器的接口连接外部NOR闪存。

两线和四线串行外设接口（SPI）也会影响非易失性存储器的应用领域，非易失性存储器一般用来替代并行存储器芯片。大多数非易失性存储器都附带这类接口。

NXP公司基于Cortex-M3的LPC1800微处理器甚至可以从四线SPI存储器运行，而不仅仅是引导。最近，LPC1800还强调在微控制器中混合使用存储器。此器件具有片上ROM、一次性可编程（OTP）存储器、闪存和SRAM。

图3：SFF-SIG的RS-RIMM模块可将移动存储器应用到耐用型应用中。

OTP存储器是另一种往往被人们所忽略的非易失性存储器技术。Kilopass和Sidense等公司可以为各种应用提供反熔丝OTP技术。OTP可以实现安全和低功耗的运行，还能够方便地整合到大多数厂商支持的现有CMOS制造流程中。该技术通常用于密钥或配置存储器，还可以用来替代ROM。

图4：Rambus FlexMode架构将采用同样的内存外形尺寸和连接，但是会用差分信号替代单端通信。这需要增加一倍的线缆。实现该目的的具体做法是：减小控制/寻址（C/A）信号的宽度，同时提高其吞吐能力。