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新知:随声听MLC闪存芯片技术浅析


http://www.sina.com.cn 2006年08月17日 09:08 中关村在线
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  近期关于MLC闪存芯片技术上的讨论很多,主要是随着MP3主控芯片功能的提升,已经可以支持MLC技闪存技术了,所以因MLC引起的问题得到很多人的关注。现在就像大家简单介绍一下MLC技术。

  NAND Flash产品可以分为三大架构,分别是单层式储存 (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,第二种则是多层式储存(Multi Level Cell;MLC),目前有东芝、Renesas使用,不过三星电子将在2005第四季推出相关产品,最后则是英飞凌(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)。

  当然不光是NOR型闪存在使用,东芝在2003年2月推出第一款MLC型的NAND Flash,并接续在2004年4月推出采用MLC技术的4Gbit与8Gbit NAND Flash。根据Semiconductor Insights研究,东芝利用90nm MLC技术所开发出来的4Gb,其die面积为144平方毫米。

  至于SLC技术与EEPROM相同,但在浮置闸极(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,通过这样的方式,便可储存1个信息单元,这种技术能提供快速的程序编程与读取,不过此技术受限于Silicon efficiency的问题,必须要由较先进的流程强化技术(Process enhancements),才能向上提升SLC制程技术。

  综上述所述,做一个比较,SLC架构是0和1两个值,而MLC架构可以一次储存4个以上的值,因此MLC架构可以有比较好的储存密度,再加上可利用比较老旧的生产程备来提高产品的容量,而无须额外投资生产设备,拥有成本与良率的优势。

  不过MLC架构有着让使用者很难容忍的缺点,首先是使用寿命较短,MLC架构只能承受约1万次的存取,远低于SLC架构的10万次。其次就是存取速度,SLC架构比MLC架构要快速三倍以上,加上MLC架构对于电力的消耗较多。

  其实MLC架构用在一般移动存储上面没有太大的问题,但是当MLC架构的闪存芯片用在MP3上就会有不可预知的麻烦。首先,MP3对闪存会因为收听音乐的原因进行频繁的读取,因此1万次的读取次数就显得太少了;还有就是芯片的支持,单纯的移动存储已经可以完全兼容MLC架构,MP3却是近期才可支持,但是并不完全兼容,有的时候MP3就会出现死机的问题。

  对于第二个问题,只要主控芯片的技术提升就可解决,但是对于读取次数的问题却很难解决。

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