非易失性存儲器 - 存儲技術大揭曉:設計開發(fā)的你了解多少?

NAND和NOR閃存技術仍是非易失性存儲器的核心，但磁阻（MRAM）、鐵電RAM（FRAM）和相變存儲器（PCM）等其他技術正在逐步普及。單個系統(tǒng)一般都融合了多種技術。基于微控制器的獨立冗余磁盤陣列（RAID）系統(tǒng)可能將NAND或NOR閃存用于程序存儲器，而將MRAM、FRAM或PCM用于RAID數(shù)據(jù)表，來替代帶蓄電池后備電源的動態(tài)RAM（DRAM）。

所有這些技術的存儲容量都在日益增長，其中以NAND的容量最大，這是因為NAND更多地使用了多級單元（MLC），盡管單級單元（SLC）NAND閃存仍可提供比較理想的成本、吞吐能力、使用壽命和可靠性。MLC也可與NOR技術配合使用。

大多數(shù)USB閃存驅動器和其他移動存儲卡都將采用MLC NAND閃存。與高級閃存控制器配合使用時，它甚至還可以用于高容量企業(yè)驅動器中。企業(yè)級產品的最佳使用壽命是五年，因此系統(tǒng)設計人員一般都要求閃存驅動器的“保質期”至少有五年。

盡管閃存的速度很快，但是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推動著SSD控制器技術的發(fā)展。除了性能和可靠性之外，MLC閃存控制器還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

區(qū)塊循環(huán)和負載均衡是驅動器具有長使用壽命的關鍵。甚至溫度管理對使用壽命也有影響。SandForce是一家閃存控制器供應商。該公司的DuraClass RAISE（獨立硅元素冗余陣列）技術采用了RAID架構來實現(xiàn)閃存區(qū)塊故障的恢復。

NOR閃存的應用范圍已經(jīng)覆蓋到更嚴苛的環(huán)境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技術，可用于溫度范圍為–40°C至105°C的汽車車內應用。它現(xiàn)在采用9mm×9mm BGA封裝。

此外，NOR閃存還擁有支持直接從閃存執(zhí)行代碼的優(yōu)勢。三星等公司正在結合使用SRAM和NAND閃存，從而向NOR閃存提出挑戰(zhàn)。三星的OneNAND在其NAND控制器中集成了3KB SRAM緩沖器。必要時，開發(fā)人員可以通過此控制器的接口連接外部NOR閃存。

兩線和四線串行外設接口（SPI）也會影響非易失性存儲器的應用領域，非易失性存儲器一般用來替代并行存儲器芯片。大多數(shù)非易失性存儲器都附帶這類接口。

NXP公司基于Cortex-M3的LPC1800微處理器甚至可以從四線SPI存儲器運行，而不僅僅是引導。最近，LPC1800還強調在微控制器中混合使用存儲器。此器件具有片上ROM、一次性可編程（OTP）存儲器、閃存和SRAM。

圖3：SFF-SIG的RS-RIMM模塊可將移動存儲器應用到耐用型應用中。

OTP存儲器是另一種往往被人們所忽略的非易失性存儲器技術。Kilopass和Sidense等公司可以為各種應用提供反熔絲OTP技術。OTP可以實現(xiàn)安全和低功耗的運行，還能夠方便地整合到大多數(shù)廠商支持的現(xiàn)有CMOS制造流程中。該技術通常用于密鑰或配置存儲器，還可以用來替代ROM。

圖4：Rambus FlexMode架構將采用同樣的內存外形尺寸和連接，但是會用差分信號替代單端通信。這需要增加一倍的線纜。實現(xiàn)該目的的具體做法是：減小控制/尋址（C/A）信號的寬度，同時提高其吞吐能力。