NAND閃存加速度，推動(dòng)Multi-Die驗(yàn)證新范式

今天，高速發(fā)展的電子產(chǎn)品已經(jīng)成為了人們生產(chǎn)生活必不可少的工具。除了筆記本、智能手機(jī)，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)載安防等各個(gè)場(chǎng)景都高度依賴(lài)著強(qiáng)大的運(yùn)行速度和內(nèi)存。而當(dāng)今，最有發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯?chǔ)技術(shù)莫過(guò)于3D NAND閃存，所有主要閃存制造商都在積極采用各種方法來(lái)降低閃存的每位成本，同時(shí)創(chuàng)造出適用于各種應(yīng)用的產(chǎn)品。閃存制造商還在積極展開(kāi)研究，期望能夠擴(kuò)展3D NAND閃存的垂直層數(shù)。雖然15nm似乎是NAND閃存目前能夠達(dá)到的最小節(jié)點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)者依然在不懈地追求縮小閃存的光刻節(jié)點(diǎn)。此外， 閃存制造商也在積極探索將MLC和TLC技術(shù)與3D NAND閃存技術(shù)相結(jié)合， 許多制造商已經(jīng)看到了勝利的曙光。

然而，NAND設(shè)計(jì)IP仍然面臨更多挑戰(zhàn)。如何使驗(yàn)證變得更加高效？新思科技的NAND閃存驗(yàn)證IP提供了一套全面的協(xié)議、方法、驗(yàn)證和效率功能， 使開(kāi)發(fā)者能夠加速實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證收斂。

NAND閃存簡(jiǎn)介

• 固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）、手機(jī)存儲(chǔ)、嵌入式內(nèi)存卡、USB設(shè)備等等均采用NAND非易失性存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

• 與RAM（比如DRAM、SRAM）不同，非易失性?xún)?nèi)存（NVM）能夠在斷電時(shí)保留所含的數(shù)據(jù)

• 工業(yè)用戶(hù)需要在斷電時(shí)也能保護(hù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)解決方案，因此NVM對(duì)他們極具吸引力

NAND閃存類(lèi)型

隨著時(shí)間的推移，NAND閃存的位密度一直不斷增加。早期的NAND設(shè)備是單層單元（SLC）閃存，這表示每個(gè)閃存單元只能存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，借助多層單元（MLC）技術(shù)，閃存的每個(gè)單元可以存儲(chǔ)兩位或更多數(shù)據(jù)，因此位密度得到提高。這聽(tīng)起來(lái)不錯(cuò)，但MLC也有缺點(diǎn)：MLC NAND支持多種電氣狀態(tài)，這也會(huì)增加錯(cuò)誤率并降低耐久性。一些設(shè)備支持將部分（或全部）存儲(chǔ)修改為偽 SLC（PSLC）模式。

這樣可以減小存儲(chǔ)尺寸并提高設(shè)備的耐久性。由于閃存的價(jià)值取決于芯片面積，如果在同等面積內(nèi)可以存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，那么閃存將更具成本效益。NAND閃存主要分為四種類(lèi)型：?jiǎn)螌訂卧⊿LC）、多層單元（MLC）、三層單元（TLC）和四層單元（QLC）。

3D NAND 技術(shù)

近十年來(lái)，3D NAND（亦稱(chēng)垂直NAND）是閃存市場(chǎng)最大的創(chuàng)新之一。閃存制造商開(kāi)發(fā)了3D NAND來(lái)解決縮減2D NAND尺寸時(shí)遇到的問(wèn)題，旨在以更低的成本實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度。此外，這項(xiàng)技術(shù)還帶來(lái)了速度提升、耐久性增加和功耗降低。與2D NAND中不同，制造商選擇在另一個(gè)維度上堆疊單元，因而創(chuàng)造了單元垂直堆疊的3D NAND。堆疊消除了單元尺寸縮小時(shí)會(huì)產(chǎn)生的電氣干擾。由于存儲(chǔ)密度更高，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更大的存儲(chǔ)容量，而價(jià)格卻不會(huì)大幅上升。此外，3D NAND還具有更好的耐久性和更低的功耗。

3D NAND

目前，各大SSD供應(yīng)商都在銷(xiāo)售3D NAND SSD。例如，借助該項(xiàng)技術(shù)，三星的新款NVMe NF1 SSD中裝載了8 TB的閃存。英特爾公司、三星海力士、SK以及東芝的合作伙伴Western Multimedia Corporation都是當(dāng)下領(lǐng)先的3D NAND閃存制造商。總體而言，NAND是一種非常重要的存儲(chǔ)技術(shù)，因?yàn)樗軌蛞暂^低的每位成本提供快速的擦除和寫(xiě)入速度。數(shù)據(jù)中心、電信、汽車(chē)、個(gè)人電腦等各行各業(yè)都在從HDD過(guò)渡到SSD，這種過(guò)渡推動(dòng)了NAND技術(shù)的不斷發(fā)展，從而滿(mǎn)足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的存儲(chǔ)需求。

NAND閃存的主要特性

• 有效防止損耗（磨損均衡）：智能閃存驅(qū)動(dòng)器使用損耗均衡技術(shù)，該技術(shù)可以盡可能確保所有閃存單元的磨損程度相近，而不是過(guò)度損耗某一些閃存單元。限制每頁(yè)的程序數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)男酒瑩p耗均衡。

• 檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤（糾錯(cuò)碼）：NAND非易失性存儲(chǔ)器在正常運(yùn)行過(guò)程中通常會(huì)在某一時(shí)刻出現(xiàn)輕微的數(shù)據(jù)損壞。這可能是由于磨損或其他干擾造成的。因此，信息由糾錯(cuò)碼（ECC）保護(hù)有助于檢測(cè)損壞的數(shù)據(jù)及糾正信息。

• 壞塊處理能力：ECC提供了將被糾正的比特?cái)?shù)，并為檢測(cè)到的最大錯(cuò)誤數(shù)定義了閾值。一旦達(dá)到閾值，信息就會(huì)被糾正，并被移動(dòng)到設(shè)備上的正確塊。之前的位置被標(biāo)記為壞塊。壞塊不再被使用，因?yàn)樗鼈兛赡芤褤p壞。

內(nèi)存驗(yàn)證挑戰(zhàn)與新思科技驗(yàn)證解決方案：

設(shè)計(jì)NAND閃存IP的過(guò)程中存在著各種挑戰(zhàn)，而新思科技驗(yàn)證解決方案可以幫助開(kāi)發(fā)者克服所有這些挑戰(zhàn)：

• 不斷增長(zhǎng)的內(nèi)存大?。?/span>新思科技的可配置內(nèi)存解決方案提供各種密度范圍驗(yàn)證ONFI驗(yàn)證IP，能夠驗(yàn)證LUN、目標(biāo)、塊、頁(yè)以及每頁(yè)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等等。

• 更高的速度支持：憑借雙向源同步DQS和可擴(kuò)展I/O接口，NAND閃存接口能夠提供更快的速度，最高可達(dá)3600MTs。

• 多控制器設(shè)計(jì)：新思科技驗(yàn)證IP的可配置參數(shù)頁(yè)面為控制、器提供了所有器件的相關(guān)功能，從而能夠加快設(shè)計(jì)、認(rèn)證和測(cè)試速度。參數(shù)頁(yè)面通過(guò)描述修訂信息、功能、組織時(shí)間以及其他供應(yīng)商特定數(shù)據(jù)，解決了器件之間的不一致問(wèn)題。

• 接口切換：內(nèi)存解決方案支持在異步和源同步模式之間進(jìn)行切換。

• 外形尺寸?。?/span>先進(jìn)的裸片選擇功能可以減少芯片使能（CE）引腳的數(shù)量，進(jìn)而能夠減少控制器引腳的數(shù)量，從而提高PCB布線效率（固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）、手機(jī)存儲(chǔ)、嵌入式內(nèi)存卡、USB設(shè)備等等均采用NAND非易失性存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)）。

• 供應(yīng)商支持：美光、三星、賽普拉斯半導(dǎo)體、華邦以及鎧俠等各大公司均提供了廣泛的市場(chǎng)支持，并且各家供應(yīng)商均提供了特定零部件支持功能。

• 調(diào)試時(shí)間：原生集成Verdi協(xié)議分析器、跟蹤文件、調(diào)試端口、詳細(xì)錯(cuò)誤信息功能。

• 各種覆蓋模型：內(nèi)置覆蓋模型和驗(yàn)證計(jì)劃、配置使隨機(jī)測(cè)試平臺(tái)能夠完全覆蓋所有配置和所有供應(yīng)商組件。

總結(jié)與展望

所有主要閃存制造商都在積極采用各種方法來(lái)降低閃存的每位成本，同時(shí)創(chuàng)造出適用于各種應(yīng)用的產(chǎn)品。閃存制造商還在積極展開(kāi)研究，期望能夠擴(kuò)展3D NAND閃存的垂直層數(shù)。雖然15nm似乎是NAND閃存目前能夠達(dá)到的最小節(jié)點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)者依然在不懈地追求縮小閃存的光刻節(jié)點(diǎn)。此外，閃存制造商也在積極探索將MLC和TLC技術(shù)與3D NAND閃存技術(shù)相結(jié)合，許多制造商已經(jīng)看到了勝利的曙光。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，有望很快能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)內(nèi)存單元可以存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，而垂直層數(shù)則可以達(dá)到256層甚至更多。

目前，市面上的NAND閃存產(chǎn)品使用以下兩種接口：開(kāi)放式NAND閃存接口（ONFI）和Toggle NAND接口（TNAND、3DNAND）。新思科技的NAND閃存驗(yàn)證IP提供了一套全面的協(xié)議、方法、驗(yàn)證和效率功能，使開(kāi)發(fā)者能夠加速實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證收斂。此外，新思科技的驗(yàn)證解決方案允許開(kāi)發(fā)者根據(jù)需要隨機(jī)配置閃存的多種選項(xiàng)，這樣不僅可以滿(mǎn)足IP和SoC層面的要求，而且還可以支持三星、美光、華邦、東芝和鎧俠等供應(yīng)商的特定零部件。

新思科技驗(yàn)證IP原生集成了新思科技的Verdi協(xié)議分析器調(diào)試解決方案以及Verdi性能分析器。新思科技驗(yàn)證IP可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)切換速度配置，并提供了一組廣泛且可定制的幀生成和錯(cuò)誤注入功能。

在SoC上運(yùn)行系統(tǒng)級(jí)有效載荷需要更快的、基于硬件的流片前解決方案?；谛滤伎萍糏P的新思科技事務(wù)處理器、內(nèi)存模型、混合和虛擬解決方案可在業(yè)界速度最快的驗(yàn)證硬件系統(tǒng)新思科技ZeBu和新思科技HAPS上實(shí)現(xiàn)各種驗(yàn)證和驗(yàn)證用例。

關(guān)于基于應(yīng)用的內(nèi)存驗(yàn)證挑戰(zhàn)以及如何在各行各業(yè)的垂直領(lǐng)域中使用不同類(lèi)型的NAND閃存，點(diǎn)擊“閱讀原文”，了解更多。