NAND闪存可分为三大架构，分别是单层式储存（Single Level Cell），即SLC；多层式储存（Multi Level Cell），即MLC；多位式存储（Multi Bit Cell），即MBC。MLC是英特尔（INTEL）在1997年9月最先研发成功的，其原理是将两个位的信息存入一个浮动栅（Floating Gate，闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写。讲白话点就是一个Cell存放多个bit，现在常见的MLC架构闪存每Cell可存放2bit，容量是同等SLC架构芯片的2倍，目前三星、东芝、海力士（Hynix）、IMFT(英特尔与美光合资公司)、瑞萨（Renesas）都是此技术的使用者，而且这个队伍还在不断壮大，其发展速度远快于曾经的SLC架构。
SLC技术与EEPROM原理类似，只是在浮置闸极（Floating gate）与源极（Source gate）之中的氧化薄膜更薄，其数据的写入是透过对浮置闸极的电荷加电压，然后可以透过源极，即可将所储存的电荷消除，采用这样的方式便可储存每1个信息位，这种技术的单一位方式能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于低硅效率的问题，必须由较先进的流程强化技术才能向上提升SLC制程技术，单片容量目前已经很难再有大的突破，似乎已经发展到了尽头。
MBC是英飞凌（Infineon）与赛芬半导体（Saifun Semiconductors）合资利用NROM技术共同开发的NAND架构，技术上的问题目前还没有得到广泛应用。网上相关资料也非常有限，加之主题和篇幅关系，就不做深入探讨了。
对MLC和SLC两大架构现在网上存在一个普遍的认识误区，那就是大家都认为MLC架构的NAND闪存是劣品，只有SLC架构的NAND闪存才能在质量上有保障。殊不知采用MLC架构的NAND闪存产品在2003年就已经投入市场使用，至今也没有见哪位用户说自己曾经购买的大容量CF、SD卡有质量问题。可能你会说这是暂时的，日后肯定出问题，那么我们就先来回忆一下MLC的发展历程以及SLC目前的发展状况再来给这个假设做定论吧。
MLC技术开始升温应该说是从2003年2月东芝推出了第一款MLC架构NAND Flash开始，当时作为NAND Flash的主导企业三星电子对此架构很是不屑，依旧我行我素大力推行SLC架构。第二年也就是2004年4月东芝接续推出了采用MLC技术的4Gbit和8Gbit NAND Flash，显然这对于本来就以容量见长的NAND闪存更是如虎添翼。三星电子长期以来一直倡导SLC架构，声称SLC优于MLC，但该公司于2004和2005年发表的关于MLC技术的ISSCC论文却初步显示它的看法发生了转变。三星在其网站上仍未提供关于MLC闪存的任何营销材料，但此时却已经开发出了一款4Gbit的MLC NAND闪存。该产品的裸片面积是156mm2，比东芝的90nm工艺MLC NAND闪存大了18mm2。两家主流NAND闪存厂商在MLC架构上的竞争就从这时开始正式打响了。除了这三星和东芝这两家外，现在拥有了英特尔MLC技术的IM科技公司更是在工艺和MLC上都希望超越竞争对手，大有后来者居上的冲劲。MLC技术的竞争就这样如火如荼地进行着。
另一方面我们再来看看SLC技术，存取原理上SLC架构是0和1两个充电值，即每Cell只能存取1bit数据，有点儿类似于开关电路，虽然简单但却非常稳定。如同电脑的CPU部件一样，要想在一定体积里容纳更多的晶体管数，就必须提高生产工艺水平，减小单晶体管体积。目前SLC技术受限于低硅效率问题，要想大幅度提高制程技术就必须采用更先进的流程强化技术，这就意味着厂商必须更换现有的生产设备，投入大不说而且还是个无底洞。而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值，因此拥有比较好的存储密度，再加上可利用现有的生产设备来提高产品容量，厂商即享有生产成本上的优势同时产品良率又得到了保证，自然比SLC架构更受欢迎。
既然MLC架构技术上更加先进，同时又具备成本和良率等优势，那为什么迟迟得不到用户的认同呢。除了认识上的误区外，MLC架构NAND Flash确实存在着让使用者难以容忍的缺点，但这都只是暂时的。为了让大家能更直观清楚地认识这两种架构的优缺点，我们来做一下技术参数上的对比。
首先是存取次数。MLC架构理论上只能承受约1万次的数据写入，而SLC架构可承受约10万次，是MLC的10倍。这其中也存在一个误区，网上很多媒体都有写MLC和SLC知识普及的文章，笔者一一拜读过，可以说内容不够严谨，多数都是你抄我我抄你，相互抄来抄去，连错误之处也都完全相同，对网友很不负责。就拿存取次数来说吧，这个1万次指的是数据写入次数，而非数据写入加读取的总次数。数据读取次数的多寡对闪存寿命有一定影响，但绝非像写入那样严重，这个寿命值正随着MLC技术的不断发展和完善而改变着。MLC技术并非一家厂商垄断，像东芝（Toshiba）已生产了好几代MLC架构NAND闪存，包括前不久宣布和美国SanDisk公司共同开发的采用最先进56nm工艺的16Gb（2gigabyte）和8Gb（1gigabyte）MLC NAND闪存，16Gb是单芯片的业内最大容量。
东芝在MLC闪存设计方面拥有经验与技术，去年东芝利用90nm工艺与三星的73nm产品竞争。东芝90nm MLC闪存的位密度达29 Mbits/ mm2，超过了三星的73nm闪存（位密度为25.8 Mbits/mm2）。对于给定的存储密度，东芝闪存的裸片面积也比三星的要小。例如东芝的4-Gbit 90nm NAND裸片面积是138 mm2，而三星的4-Gbit 73nm NAND裸片面积是156 mm2，这使东芝在成本方面更具竞争力。三星方面现在正奋起直追，与东芝之间的竞争异常激烈。再加上IMFT、海力士等厂商的参与，MLC技术发展势头迅猛，今天MLC NAND Flash写寿命还只有1万次，明天也许就会是2万次、3万次甚至达到与SLC同等级别的10万次，这是完全有可能的。
拿MLC NAND Flash的写寿命我们一起来算笔帐，假如近期笔者购买了一款2GB容量MP3播放器，闪存是东芝产的MLC架构NAND Flash，理论上只能承受约1万次数据写入。笔者是个疯狂的音乐爱好者，每天都要更新一遍闪存里的歌曲文件，这样下来一年要执行365次数据写入，1万次可够折腾至少27年的，去除7年零头作为数据读取对闪存寿命的损耗，这款MP3播放器如果其它部件不出问题笔者就可以正常使用至少20年。20年对于一款电子产品有着怎样的意义？就算笔者恋旧，也不可能20年就用一款MP3播放器吧。况且就算是SLC架构，闪存里的数据保存期限最多也只有10年，1万次的数据写入寿命其实一点儿也不少。
其次是读取和写入速度。这里仍存在认识上的误区，所有闪存芯片读取、写入或擦除数据都是在闪存控制芯片下完成的，闪存控制芯片的速度决定了闪存里数据的读取、擦除或是重新写入的速度。可能你会拿现成的例子来辩驳，为什么在同样的控制芯片、同样的外围电路下SLC速度比MLC快。首先就MLC架构目前与之搭配的控制技术来讲这点笔者并不否认，但如果认清其中的原因你就不会再说SLC在速度方面存在优势了。SLC技术被开发的年头远早于MLC技术，与之相匹配的控制芯片技术上已经非常成熟，笔者评测过的SLC产品数据写入速度最快能达到9664KB/s（ KISS KS900），读取速度最快能达到13138KB/s（ mobiBLU DAH-1700），而同样在高速USB2.0接口协议下写入速度最慢的还不足1500KB/s，读取速度最慢的也没有超过2000KB/s。都是SLC闪存芯片，都是高速USB2.0接口协议，为什么差别会如此大。笔者请教了一位业内资深设计师，得到的答案是闪存控制芯片效能低，且与闪存之间的兼容性不好，这类产品不仅速度慢而且在数据 *** 作时出错的概率也大。这个问题在MLC闪存刚投入市场时同样也困扰着MLC技术的发展，好在去年12月我们终于看到了曙光。这就是擎泰科技（Skymedi Corporation）为我们带来的新一代高速USB2.0控制芯片SK6281及SD 2.0/MMC 4.2的combo快闪记忆卡控制芯片SK6621，在MLC NAND闪存的支持与速度效能上皆有良好表现。其所支持的MLC芯片已经达到了Class4的传输速度。
MLC NAND Flash自身技术的原因，只有控制芯片效能够强时才能支持和弥补其速度上的缺点，支持MLC制程的控制芯片需要较严格的标准，以充分发挥NAND闪存芯片的性能。擎泰科技所推出的系列控制芯片经过长时间可靠性测试及针对不同装置兼容性进行的比对较正，已能支持目前市场主流的MLC闪存，如英特尔JS29F16G08CAMB1、JS29F08G08AAMB1，三星K9G4G08U0A、K9G8G08U0M、K9LAG08U0M、K9HBG08U1M，东芝TC58NVG2D4CTG00、TC58NVG3D4CTG00、TH58NVG4D4CTG00，美光（Micron）、海力士（Hynix）等等。此外，藉由良好的韧体设计，可大幅提升性能，达到最高的存取速度，例如：SK6621支持MLC可到Class4水准，其所支持SLC皆可支持到Class6的传输速度。SK6281还达到了Vista ReadyBoost速度的需求（Enhanced for Windows ReadyBoost），且支持单颗MLC时可达22MB/s的读取速度及6MB/s的写入速度，综合下来并不比SLC慢多少。你手上的MP3播放器USB传输速度慢并不全是因为闪存芯片采用了MLC架构，它与控制芯片的关系要更加密切一些。
第三是功耗。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，使用1.8V的电压就可以驱动。而MLC架构每Cell需要存放多个bit，即电平至少要被分为4档（存放2bit），所以需要有3.3V及以上的电压才能驱动。最近传来好消息，英特尔新推出的65纳米MLC写入速度较以前产品提升了二倍，而工作电压仅为1.8V，并且凭借低功耗和深层关机模式，其电池使用时间也得到了延长。
第四是出错率。在一次读写中SLC只有0或1两种状态，这种技术能提供快速的程序编程与读取，简单点说每Cell就像我们日常生活中使用的开关一样，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。在一次读写中MLC有四种状态（以每Cell存取2bit为例），这就意味着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。它已经不再是简单的开关电路，而是要控制四种不同的状态，这在产品的出错率方面和稳定性方面有较大要求，而且一旦出现错误，就会导致2倍及以上的数据损坏，所以MLC对制造工艺和控制芯片有着更高的要求。目前一些MP3主控制芯片已经采用了硬件4bit ECC校验，这样就可以使MLC的出错率和对机器性能的影响减小到最低。
第五是制造成本。为什么硬盘容量在成倍增大的同时生产成本却能保持不变，简单点说就是在同样面积的盘片上存储更多的数据，也就是所谓的存储密度增大了。MLC技术与之非常类似，原来每Cell仅存放1bit数据，而现在每Cell能存放2bit甚至更多数据，这些都是在存储体体积不增大的前提下实现的，所以相同容量大小的MLC NAND Flash制造成本要远低于SLC NAND Flash。
综上所述，MLC技术是今后NAND Flash的发展趋势，就像CPU单核心、双核心、四核心一样，MLC技术通过每Cell存储更多的bit来实现容量上的成倍跨越，直至更先进的架构问世。而SLC短期内仍然会是市场的佼佼者，但随着MLC技术的不断发展和完善，SLC必将退出历史的舞台。
计算机里保留的,直接拉上来了.目前市面上到处都在流传SLC闪存、MLC闪存、黑片、白片，REMARK片搞的好多人云里雾里，不知所措，，我现在在这里向大家稍微作一点解释。
白片：按照行内的默认规则就是质量稍好的，容量偏差不大的，因为生产厂家检测容量不够而废弃的，
黑片：按照行内的默认规则就是质量很差的，闪存的容量偏差很大或者明显存在其它质量缺陷的
REMARK片：有的不良厂家为了达到某种目的，将买回来的黑片或者白片重新打字，或者将回收的旧芯片重新检测一下容量，把原来的芯片型号打磨掉，按照重新检测出来的实际容量重新打上假型号
SLC闪存：即单层式储存 (Single Level Cell；SLC)，包括三星电子、Hynix、美光（Micron）以及东芝都是此技术使用者
MLC闪存：多层式储存（Multi Level Cell；MLC)，目前有东芝、Renesas、三星使用，英飞凌（Infineon）与Saifun Semiconductors合资利用NROM技术所共同开发的多位储存（Multi Bit Cell；MBC）。MLC是英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功的，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，透过内存储存的电压控制精准读写，假设以4种电压控制、1个晶体管可存取2bits的数据，若是控制8种电压就可以存取3 bits的数据，使Flash 的容量大幅提升，类似Rambus的QRSL技术，通过精确控制Floating Gat上的电荷数量，使其呈现出4种不同的存储状态，每种状态代表两个二进制数值（从00到11）。
三星与东芝这两家Flash(闪存)制造商长期统治着快速增长 的NAND Flash市场。其中三星属于最大的玩家，不断采用先进工艺尺寸，以维持竞争优势。本次主要对这两家公司的最新闪存进行比较，同时也兼顾与Hynix、美光和英特尔等公司的比照。
从历史来看，三星将研发重点集中在了单层单元(SLC)上。SLC架构中每个闪存单元只能存储1个比特的信息。而东芝在转向先进工艺技术方面同样积极，不过其竞争优势在于多层单元(NAND闪存方面的设计经验和能力。MLC闪存在每个存储单元存储2个比特的信息，使得东芝可在给定面积的硅片上存储更多的比特信息，并在存储器尺寸既定的情况下降低生产成本。因此，尽管东芝在工艺技术上可能落后于三星，但在裸片密度上仍是领跑者。
东芝的MLC闪存已经历经数代，其中包括新近发布的采用70nm工艺的8Gb闪存。2005年，东芝曾采用90nm技术与三星的73nm技术展开肉搏。东芝90nm MLC闪存的比特密度为29Mb/mm2，远远高于三星73nm闪存的25.8Mb/mm2的比特密度。
在存储密度固定时，东芝甚至拥有比三星更小的裸片尺寸。例如，东芝90nm工艺生产的4Gb NAND闪存的 裸片尺寸为138mmsup>2，与之相比，三星73nm工艺生产的4Gb NAND闪存尺寸则为156mmsup>2。这使得东芝在成本方面更具竞争力。在用于文件存储方面，NAND闪存不可避免地面临价格战，我们也常常 听到，只有价格领导者才会赢得iPod设计中标。
虽然MLC在某些方面获得相当的认可，但如今对闪存芯片的狂热需求模糊了业界的视线。存储卡制造商需要价格低廉的芯片，但他们也需要稳定 的供货。正是基于这个原因，据报道，去年Kingston已就购买SLC芯片作为第二货源与三星进行了商谈。他们商讨该协议时，全然不顾MLC方案的成本 比SLC要低30%。
长期以来，三星都在鼓吹SLC而非MLC型NAND闪存， 不过2004年和2005年该公司提交给国际固态电路大会(ISSCC)上提交的MLC技术论文，标志着该公司的观点发生了变化。虽然在三星的网站上仍旧 没有任何有关MLC闪存的营销信息，但该公司的确已生产出了4Gb MLC NAND闪存芯片。虽然我们已对该芯片的样品进行了分析，但要在市场中找到其样品仍旧非常困难。其裸片尺寸是156mm2，同东芝采用90nm工艺的MLC型4Gb NAND闪存相比，还是大了18mm2，因此要能与东芝相匹敌，三星在其下一代NAND MLC技术上还需要改进。
除了三星，Hynix等其他存储器制造商也在向MLC闪存迈进。虽然东芝凭借多年的技术积累而在MLC技术上占据优势，但英特尔与美光科技的合资企业IM Flash也有能力结合英特尔MLC技术与美光的NAND闪存，从而在MLC型NAND闪存领域迅猛发展。
MLC闪存技术并非没有不足，实际上，在采用先进工艺生产MLC闪存方面困难重重。随着闪存技术的演进，在浮动栅(floating gate)中存储的电荷总量减少了，使得检测存储的信息变得更加困难，尤其是对MLC芯片而言，它需要识别四个电压值，而非两个。尽管如此，据报道，东芝 在70nm工艺中能够保证采用与90nm技术相同的代码纠错方案。这显示该公司并没有放慢MLC技术缩放的步伐，最少是就现在而言。
此外，与SLC闪存相比，MLC闪存在可靠性方面存在不足。虽然对于消费者而言，可靠性不是他们关注的核心问题，但在其它消费市场却显然是一个弊端。
三星正准备推出采用65nm工艺的4Gb SLC NAND闪存，其尺寸比采用73nm工艺的器件稍为紧凑。由此引发的问题是：在工艺缩放方面是否已经无计可施了？
如果实际情况真的如此，那么情况显得对东芝更为有利，因为目前它已经生产出70nm工艺的MLC闪存。作为权宜之计，三星转向65nm工艺 的芯片或许能够立马同东芝的90nm MLC竞争。但是东芝的70nm工艺8Gb MLC技术已取得重大成就，实现了56.5Mb/mm2的比特密度，比三星65nm工艺31.3Mb/mm2的额定比特密度要高出80%。一些并非出自东芝公司的报告暗示，该公司将会跨过65nm工艺，直接转到50-60nm线宽的16Gb闪存。当然，在成功实现低于65nm线宽的工艺，仍有一些技术障碍有待克服。
图：东芝在90nm工艺中采用自校准单元架构
闪存器件的工艺缩放并非易事，过去业界曾多次出现过闪存走向终结的预言。然而国际半导体技术路线图(ITRS)显示，在32nm工艺节点出现之前，在所有赌注似乎仍然都压在闪存而非任何新型替换品上。
有必要使在每个单元中所存储的比特数翻番，使得浮动栅技术继续前进，而这很可能推动闪存首个替代物面市，诸如相变存储器(PCM)。但是目 前闪存供应商首先必须克服现有的缩放挑战，其中包括这样一些关键领域：单元校准(cell alignment)、隧道氧化层、多晶硅层间介电质(interpoly dielectirc)、相邻单元耦合和高压晶体管设计。
缩放挑战
随着芯片尺寸缩小，改进图层之间的校准颇受关注。更小的芯片需要更低的 *** 作电压，反过来也推动了更薄隧道电介质的需求，以将电荷传输至浮动栅或传输出浮动栅，但问题是，电介层较薄的话，可靠性就较低。
在先进的工艺尺寸中，一个浮动栅的活动区域对存储单元晶体管的影响较小，但从控制到浮动栅的耦合比例需要保持恒定。所以，需要更薄的多晶硅层间介电质(IPD)。
在有两种介电质情况下，介电常数更高(higher-k)的材料能减少有效电荷厚度，同时具有更大的物理厚度，并能维护更高的可靠性。然而，采用新型材料会给自身带来挑战，存储单元封装得更加紧密，会增加风险，导致一个浮动栅上的电荷会影响相邻存储单元的 *** 作。
最后，闪存的 *** 作依赖于较高电压来写入或擦除存储单元。需要在给定硅片面积条件且无损存储单元效率的条件下，设计和应用能够转换电压的控制晶体管。
东芝的新型芯片集成了很多有趣的特性。当然，基本的存储单元结构已经缩降至90nm以下。东芝在90nm工艺上引入了完全自校准存储单元， 并且继续用于70nm工艺。隧道和多晶硅层间介电质同样降低了。为了减少干扰，对浮动栅的高度也作了优化。MLC技术在这方面需要更多关注，因为要从存储 单元中读出4个状态，所以感应(sensing)边界更小。
在存储列阵方面，东芝转而采用新型的沟槽蚀刻工艺处理来实现浅槽隔离(STI)。70nm工艺中更小的间距要求东芝使用两个沟槽深度。存 储阵列深度对隔离性能的要求较低，以便闪存单元能够排列得更加密集。控制晶体管——特别是那些用于控制写入/删除电压的晶体管，需要更好的电压隔离特性。 所以，他们要更深一些。
沟槽填充方式也发生了改变；现在使用一种新型沉积材料进行两步处理。在90nm工艺中，采用钨(tungsten)触点来代替多晶硅。也许最显著的一个创新是采用了一种新颖的电容器结构。
所有这些改进加在一起，相当于一个大小仅为0.020μm2的物理单元，换言之，保存1个比特信息仅需0.010μm2。相比较而言，三星的73nm技术保存1个比特信息则需要0.021μm2，而三星的65nm 4Gb器件保存1比特信息预计要0.017μm2。
体系架构上的改进
东芝的70nm NAND闪存还包括一些架构上的改变，包括焊盘布局和排列结构的调整，旨在减小裸片面积。东芝的焊盘设计是单面的，也就是说所有的焊盘都位于芯片的一边。 这与其它大多数NAND闪存大相径庭，后者上下两面都分布着焊盘。
焊盘全部移到裸片的一边就不再需要两面都设计焊盘条，芯片尺寸随之减小。为了获得单面布局的最大好处，对阵列结构作一些变动，从而能有效地访问芯片的上部或在芯片的边上远离焊盘的存储单元，并为其供电。为了更大程度地减小芯片尺寸，东芝还将改变了其冗余管理方案。
在单个存储地址存储2个比特的信息，要求感应电路能够分辨出四个电压等级的差别。自然地，要读取存储单元信息的感应放大器需要进行优化，从而为与单层感应相比所存在的较低的噪声裕量提供补偿。接下来的事情，就是为四个不同等级的电荷编程。
东芝选择了步步为营的方法，其中包括运行一系列“即编程即验证”的循环，直到获得期望的程序状态。 我们的分析检查了用来写入四个状态的时序和电压。
实际上，该方法是东芝的闪存合作伙伴Sandisk所开发出来的，并授权东芝采用其专利编程方法。东芝与Sandisk在MLC芯片的研发和生产上已经合作多年。毫不奇怪，两家公司都积极申请与MLC技术相关的方法、电路和结构方面的专利。
然而，我们却惊奇地发现，三星在MLC领域的专利申请也相当积极。2002年三星和Sandisk之间达成了一项交叉授权协议，双方在2009年之前不会提起任何专利争端。不过，如果三星被卷入MLC价格战，问题也许会再次提上日程。
也许仅是巧合，ITRS计划转向每单元4比特存储的时间也是2009年。既然有关MLC知识产权的争端还没有最后掀起，那么现在还很难说谁更强。
尽管有这些比较，三星始终还是NAND闪存市场的佼佼者，并且极具竞争力。虽然东芝依靠在MLC技术上的积累，东芝获得了些许优势，但三星已被证明是一个斗志顽强、勇往直前的对手。让我们拭目以待：在未来几年中，为了追赶MLC技术，三星会不懈努力。
三星和东芝还承受着后来者的压力，如Hynix公司，后者于2004年2月开始发售其首批NAND产品，就非常成功地从DRAM转向到闪 存。2005年Hynix利润增加了525%，并且与两个领军公司争夺市场份额。同时，英特尔与美光的合资又诞生了一个强有力的市场竞争者，而英飞凌也开 始显示出令人鼓舞的利润增长。
这些公司使得NAND市场的竞争更加激烈；但是至少在目前，三星和东芝仍然是市场和技术的领先者。
对于我们消费者而言，最关心的就是产品的质量问题，因此，网上流传很多说法，好像只有使用SLC闪存的产品才是质量好的产品，其实不尽然，产品的质量好坏第一个关节是采用的物料的好坏，第二个关节是厂家是否在生产过程中偷工减料。这两者都是很重要的。再其次，就是产品的成熟程度，一般刚推出来的产品一般都会存在一些不为人知的问题，只能靠以后的不断改进才能使产品日趋完善
随着MP3、MP4控制芯片的更新换代和软件控制技术的更新，克服了很多难关，目前对于MLC闪存芯片的架驽能力已经很成熟了，再加上MLC闪存生产技术的改进，因此目前很多厂家（包括IPOD）都采用MLC闪存用于消费类数码产品的生产，尤其是大容量的数码产品，非它不可！
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）