闪存

闪存存储技术的起源

上世纪80年代，增冈不二雄博士在东芝工作时发明了闪存。据报道，增冈的同事有泉正二发明了这个词闪光因为擦除a中所有数据的过程半导体奇普让他想起了照相机的闪光。

闪存的进化从可擦可编程序只读存储器(EPROM）电气可擦除可编程只读存储器（eepm）。Flash技术上是EEPROM的变种，但行业保留了这个术语eepm对于字节级可擦除的内存并适用该术语闪存到更大的块级可擦除内存。

闪存如何工作？

闪存架构包括堆叠有大量闪存单元的存储器阵列。一个基本的闪存单元由一个存储器组成晶体管使用控制门和一个浮置栅极它通过一层薄层与晶体管的其余部分绝缘介电材料或氧化物层。浮栅存储电荷并控制电流的流动。

电子在浮动栅极上或从浮动栅极上移除，以改变存储晶体管的阈值电压。改变电压会影响单元被编程为0还是1。

一种叫做福勒-诺德海姆隧穿的过程将电子从浮动门中移除。要么是福勒-诺德海姆隧道要么是一种叫做通道热电子注入将电子困在浮栅中。

与隧道效应，通过控制门上的强负电荷擦除数据。这迫使电子进入通道，在那里存在一个强正电荷。

当使用福勒-诺德海姆隧道在浮动门中捕获电子时，情况正好相反。在高电场的存在下，电子设法穿过薄薄的氧化物层，到达漂浮的栅极，在电池的源极和漏极上都带有强烈的负电荷，在控制栅极上则带有强烈的正电荷。

通道热电子注入，也称为热载流子注入，使电子突破栅氧化层，改变阈值电压浮动门。当电子从通道中的高电流和控制门上的吸引电荷中获得足够的能量时，这一突破就发生了。

无论包含闪存单元的器件是否由于氧化层产生的电隔离而接收电源，电子都被困在浮动栅中。这一特性使闪存能够提供持久存储．

NOR与NAND闪存

闪存有两种类型:NOR和NAND。

NOR和NAND闪存在架构和设计特点上有所不同。也不闪不使用共享组件，可以并行连接单个存储单元，允许随机访问数据。一个快闪记忆体电池更紧凑，有更少的位线，串在一起的浮动栅晶体管，以增加存储密度。

NAND更适合串行数据访问而不是随机数据访问。为了响应平面NAND达到其实际缩放极限，开发了NAND flash工艺几何体。

NOR flash在数据读取方面速度很快，但在擦除和写方面通常比NAND慢。NOR闪存程序的数据在字节级。NAND闪存程序以页的形式存储数据，页比字节大，但比块小。例如，一个页面的大小可能是4 KB，而一个块的大小可能是128kb到256kb或mb。对于写密集型应用程序，NAND闪存比NOR闪存消耗更少的电力。

比NAND闪光产生的闪光更昂贵，往往主要用于消费者和消费者嵌入式设备用于引导目的和只读应用程序用于代码存储。NAND闪存由于其存储数据的每位成本更低、密度更大、编程和擦除(P/E)速度更高，更适合在消费设备和企业服务器和存储系统中存储数据。

设备，如照相手机，可能同时使用NOR和NAND闪存，以及其他存储技术，以促进代码执行和数据存储。

闪存形状因数

基于flash的媒体是基于硅衬底。它们也被称为固态设备，广泛应用于消费电子产品和企业数据存储系统。

固态硬盘计划确定了三个固态硬盘的形状因素:

• 与传统的机电硬盘驱动器(hdd)使用的槽相同的ssd。ssd的架构类似于集成电路．
• 安装在印刷电路板上并使用标准卡形因子的固态卡，如外围元件互连快速(作为PCIe）。
• 使用标准HDD接口（如串行高级技术附件（SATA），适用于双内内存模块（DIMM）或小型轮廓双内联内存模块的固态模块。

另一个子类别是一个混合硬盘驱动器它结合了传统的硬盘和NAND闪存模块。混合硬盘驱动器通常被认为是在旋转媒体和闪存之间架起桥梁的一种方式。

全闪存和混合闪存存储器

闪存的出现促进了所有的flash数组．与所有基于磁盘的存储阵列相比，这些系统仅包含SSD，它们提供性能和潜在降低的操作成本。除了媒体之外，主要差异是用于将数据写入存储设备的底层物理架构中。

基于hdd的阵列有一个执行器臂，使数据能够写入磁盘上特定扇区上的特定块。全flash存储系统不需要移动部件进行数据写入。写入直接进行到闪存和自定义软件处理数据管理。

一个混合flash数组融合磁盘和SSD。混合阵列使用SSD作为一个缓存为了加快对频繁请求的热数据的访问，这些热数据随后被重写到后端磁盘。许多企业通常通过复制磁盘到外部磁带库的方式将磁盘上的数据存档。

闪光加胶带，又称flape，描述了一种分层存储类型，其中闪存中的主数据同时写入线性磁带系统。

除了闪存阵列之外，在基于x86的服务器中插入ssd的能力也提高了该技术的普及程度。这种安排被称为服务器端闪它使公司能够避开与购买昂贵的集成闪存阵列相关的厂商锁定。

在服务器中放置flash的缺点是，客户需要在内部构建硬件系统，包括从第三方供应商购买和安装存储管理软件堆栈。

闪存的利弊

以下是闪存的一些优点:

1. Flash是最便宜的半导体存储器形式。
2. 与动态随机存取存储器不同（德拉姆)及静态RAM (静态存储器），闪存是非易失性的，提供较低的功耗，可以在大块中擦除。
3. NOR闪存提供更高的随机读取速度，而NAND闪存具有串行读取和写入速度快的特点。
4. 具有NAND闪存芯片的SSD，比传统的磁存储介质（如HDDS和磁带）提供显着更高的性能。
5. 与hdd相比，闪存驱动器耗电更少，产生的热量也更少。
6. 配备闪存驱动器的企业存储系统能够实现以微秒或毫秒为单位的低延迟。

闪存的主要缺点是磨损当模具变得更小时，机制和细胞间的干扰。位可能失败与过高的数字程序/消除周期，最终分解捕获电子的氧化物层。劣化可以使制造商设定阈值扭曲，在该制造商设置的阈值被确定为零或一个。电子可以逃脱并粘在氧化物绝缘层中，导致错误和一些腐烂．

坊间证据显示，NAND闪存的耗损程度并没有达到人们曾经担心的程度。闪存驱动器制造商通过提高耐久性和可靠性纠错码算法,穿平和其他技术。

此外，ssd不会在没有警告的情况下磨损。它们通常会以传感器显示轮胎充气不足的方式提醒用户。

NAND闪存存储类型

NAND闪存半导体制造商已经开发出不同类型的存储器，适用于广泛的数据存储使用案例。下面的图表解释了各种NAND闪存类型。

此视频涵盖了3D NAND的一些基础知识，因为它与NAND相关：

NOR闪存类型

NOR闪存的两种主要类型是并行和串行，也称为串行外围接口．NOR flash最初只能使用并行接口。并行NOR提供高性能、安全性和附加功能;它的主要用途包括工业、汽车、网络和电信系统和设备。

NOR单元并行连接以进行随机访问。这种配置是为与微处理器指令相关的随机读取和执行便携式电子设备中使用的代码而设计的，几乎只适用于消费者。

串行和闪光灯具有较低的销钉数和较小的包装，使其比平行更便宜。用途串行使用案例，也包括个人和超薄计算机，服务器，HDD，打印机，数码相机，调制解调器和路由器。

企业NAND闪存产品供应商细分

NAND闪存芯片的主要制造商包括英特尔(Intel Corp.)、美光科技(Micron Technology Inc.)、三星集团(Samsung Group)、晟碟(SanDisk Corp.)(现为西部数据公司(Western Digital Corp.)所有)、SK海力士(SK Hynix Inc.)和东芝记忆体(Toshiba memory Corp.)。

2016年NAND闪存短缺，导致市场混乱。这种短缺导致SSD价格上涨，交货期延长。需求超过供应，很大程度上是因为智能手机制造商的需求飙升。2018年，有迹象显示，这种短缺已经接近尾声。

其他市场动荡也在对市场产生影响。2017年11月，领先的闪存供应商东芝(Toshiba)同意将其芯片制造部门出售给贝恩资本(Bain Capital)牵头的一组企业和机构投资者。东芝出售闪存业务，是为了弥补财务损失，并避免在东京证券交易所(Tokyo Stock Exchange)退市。

领先或供应商产品

NOR闪存的主要制造商包括Cypress Semiconductor Corp.(通过其收购Spansion Inc.)宏宏国际有限公司、微芯科技(Microchip Technology Inc.)、美光科技(Micron Technology Inc.)和盈邦电子(Winbond Electronics Corp.)。

Cypress Semiconductor于2015年收购NOR闪存供应商Spansion。Cypress NOR产品组合包括FL-L, FL-S, FS-S和FL1-K产品。

Macronix Octaflash使用多个银行来启用对一个银行的写入访问，并从另一个银行读取。Macronix MX25R序列NOR是针对物联网的低功耗版本（物联网)应用程序。

Microchip NOR品牌为串行SPI Flash和串行四I/O Flash。该供应商的并行NOR产品包括多用途Flash设备和高级多用途Flash设备系列。

美光销售用于汽车和物联网应用的串行NOR Flash和并行NOR Flash，以及美光Xccela高性能NOR Flash。

Winbond系列或产品系列品牌作为溅射回忆，包括W25X和W25Q Spiflash多I / O存储器。2017年，WinBond扩展了它的安全闪光灯，也扩展了额外用途，包括芯片系统设计，以支持人工智能，IOT和移动应用程序。