东芝在1984年开发出名为闪存的新型半导体存储器。实际上闪存也分为NOR和NAND两种,我们平时提及最多的乃是后者。
NOR:最早出现的闪存类型
最早问世的NOR型闪存的容量较小、使用简单、支持按字节寻址且随机读取速度快,可以实现XIP片内执行。通常用在路由器、机顶盒、物联网设备中,起到存储固件的作用。个别固态硬盘中也能看到NOR闪存用作固件存储器:
NOR闪存表现的更接近内存,小区块数据的随机读取速度比NAND闪存更快。在一些对性能要求不高的设备当中,可以让固件代码直接在NOR闪存当中运行,而无需独立的RAM内存组件。
除此之外,NOR闪存的使用也非常简单。使用中无需纠错引擎,只要十几块钱的编程器就可以对它进行烧录。
下图为利用编程器和SOP8免拆夹子对NOR闪存中的固件进行改写。NOR闪存的容量一般不超过256MB,路由器上多使用16MB或32MB容量。
NAND闪存:
如果不是NAND型闪存的出现,恐怕我们还生活在功能机时代。东芝在1987年开发了NAND型闪存,由于容量比NOR闪存大的多,NAND随后被广泛应用于各种存储卡和电子设备当中,成为应用最广泛的闪存类型。
下图是东芝TR200固态硬盘当中的BiCS3闪存,采用64层堆叠3D结构,TLC类型的它每个存储单元可以存储3bit数据。
NAND闪存的出错率比NOR闪存更高,需要专门设计的主控芯片进行管理。一颗固态硬盘主控包含FTL闪存转换层、数据纠错、磨损均衡、垃圾回收管理等功能模块。尽管使用起来比较复杂,但3D NAND闪存带来了极高的存储容量。使用BiCS3闪存的东芝TR200固态硬盘可以提供高达960GB的容量选择。
不过NAND型闪存的最小读写单位是Page而非字节,在闪存芯片当中一个Page的大小通常为16KB。NAND闪存的擦除单位是更大的Block,在东芝BiCS3闪存当中一个Block的容量高达12MB。NAND闪存没有办法像RAM内存那样自由寻址,而只能被用作硬盘存储器。
NAND的容量优势成就了它的主流地位,NOR闪存虽然并没有消失,但已经在越来越多的地方被NAND闪存所取代。
UFS闪存:
UFS其实并不属于一种独立的闪存类型,它是在NAND闪存的基础上增加了闪存控制器,并采用标准的封装接口。UFS存储芯片既承担了过去NOR闪存提供的固件存储与系统开机功能,也承担起NAND闪存的大容量数据存储职能。
UFS闪存不仅广泛应用在智能手机当中,车载电子产品中也大量应用了东芝推出的宽温型UFS芯片(支持-40℃至105℃),在高温、震动工控下它可以提供高速和可靠的数据存储功能,助力物联网与自动驾驶应用的发展。