市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存

3/2/2008来源:存储备份人气:5044

熟悉的战场 我们的错觉 本文是《让我们谈谈NVRAM》专题的一部分 NOR与NAND闪存的自身特点在很大程度上也决定了它们的应用领域。 首先就是我们经常能接触到移动存储产品,USB闪盘、各种类型的存储卡,它们的背后都是由闪存来支撑。而由于这些设备以存储数据为主,所以在我们平时所接触的这类产品中,NAND闪存是最常见的词汇。 目前,除了部分CompactFlash卡和MultiMediaCard (MMC)存储卡使用NOR闪存外,其他的诸如SmartMedia、SD、Memory Stick、xD存储卡无不例外的使用了NAND闪存。 移动存储与数码相机的普及,使NAND闪存在近两年得到突飞猛进的发展。但是,你是不是觉得NAND就是闪存市场的老大了呢?也许很多人都这么想。 现实生活中,基于闪存的电子产品变得随处可见,并且正在逐渐渗透到每一个人的工作或生活当中。可能一般的使用者并不知道所用的闪存是NOR型的还是NAND型,那么我可以告诉你:电子产品里的闪存十有八九是NOR 型的芯片。 几乎每个数字电子产品都含有某型号的处理器,而几乎每个处理器都要存取指令或代码,由此需要一个成本适宜且可靠的非挥发性存储器来快速存取代码。70年代,为了替代不太灵活的只读存储器ROM, 开发出了EPROM和EEPROM。但不幸的是,EPROM很难编程而EEPROM成本太高。80年代后期,闪存在Die的面积,密度和可重写性上取得突破。到目前为止,闪存已成长为规模最大的存储器产品之一,2003年,其销售收入约占整个存储器行业110亿美元销售额的三分之一。 就闪存本身来说,直到90年代中期,其主流产品都是NOR型的。只是近三年来,NAND型才进入主流地位。事实上,NAND型在数据存储领域证实了自己的价值,因此迅速走俏,然而目前看来,NOR型仍然是代码存储领域的胜利者。 移动存储市场的火热朝天,让我们见识到了闪存的威力,也让我们对东芝、三星等公司更为熟悉,而在另一个领域,闪存也正在奋勇前进,建立它的另一个伊甸园…… 新的战场 从闪存(Flash Memory)诞生之日起,就注定了它将在多个领域散发光辉。但长期以来,给人印象最深的只是闪存在目前的移动存储行业中,所发挥的不可替代的作用。然而,在另一个大多数人还不太了解的领域中,闪存的作用与地位也同样重要,这与其自身的努力发展,以及其特有的能力是分不开的。而这个领域就是目前是个IT厂商都会谈论的——无线与移动(Wireless & Mobile,W&M),它们将是闪存厂商下一个争夺的重点市场。 其实,仔细想想,为什么一提闪存大家总会不由得说出东芝或三星等在移动存储中广泛使用的NAND型闪存厂商的名字,可在闪存的业界报表中,Intel、AMD也都赫然在列并名列前茅,这就是其中的奥秘。作为NOR型闪存的领导厂商,Intel与AMD也在尽量发挥着NOR的优势,来保持它们在迅速兴起的无线与移动市场中应有的地位。当然,NAND的领导者也在通过种种办法让自己的产品能融入W&M大潮。 注定的命运 传统的应用领域我们暂且不说,从2002年开始,伴随着掌上设备技术的发展,W&M的来势极为迅猛,各种数码设备也在向整合方向发展,PDA手机、彩信手机、摄像手机,而与之相对应,一些附加模块产品也迅速出现,如GPS模块、蓝牙模块等等。 事实证实,作为实现W&M的重要手段,数码与掌上设备是不可逆转的市场方向,看看那些老牌的电气厂商,哪一个不往这个领域钻(日立、东芝、西门子),而三星电子、LG等一批生力军则在长期积累之后,厚积薄发,迅速突起,并得到丰厚的回报。从这些表象就能感觉到W&M的力量,诚然,它也必将影响着与它相关的各个子元件的命运。 是个IT产品肯定都少不了存储数据的元件,可以是永久的保存(如硬盘),也可以是暂时的保存(如内存)。而掌上设备就像是个微型电脑,这两者都是必不可少的。PC中有硬盘和DRAM来负责相应的数据保存工作,掌上设备也是一样。而闪存的非易失性,很轻易就能找自己在其中的位置——掌上设备中的“硬盘”,目前还没有哪个电子元件能以更小的体积来代替它的作用。 相对于NAND闪存,NOR有更快的随机访问速度,这也使它更受掌上设备的青睐,所以与三星、东芝等主要生产NAND闪存的厂商相比,NOR的厂商仿佛在潜水,因为NAND闪存就是移动存储的核心,但在掌上设备中,NOR闪存只是小小的配角。但是,你会从闪存业界的报表中,看到“配角”的贡献。
Intel闪存事业部的副总经理Darin Billerbeck在接受采访时曾透露,在过去的15年里,Intel共销售了20亿个闪存元件,其中有10亿个是在头12年里销售的,剩下的10亿个则在后来的3年里卖出。由此可见NOR闪存的成绩,也可看出近三年IT发展(掌上设备的兴起)对闪存的影响。 虽生活无忧 但不能偷懒 由于闪存的先天特性,使其受到了先天的保护。目前,还看不出闪存会有被替代的危险。1英寸硬盘容量是没的说(4GB,而闪存芯片目前最大容量为1GB),但体积与耗电量也不可同日语,而FeRAM、MRAM还远不成气候。所以,在很长一段时间里,闪存的这份“工作”都是稳定的,不会有下岗的危险。但是,这并不能说,闪存厂商就可以当“撒手大掌柜”,什么也不在乎。因为并没有哪家厂商形成垄断,激烈的竞争是不可避免的,而比拼的重点就在于应付要求的速度与效果。 掌上设备的发展可谓日新月异,标准制定的速度也是前所未有的,作为这个领域中的一员,也必然对闪存提出了相应的要求,这种要求就是一个市场的机会。显然,谁能迅速而有效的满足这个要求,谁就能在这个“稳定”的市场中占据主动,而使自己更稳定。 QQread.com 推出各大专业服务器评测 linux服务器的安全性能 SUN服务器 HP服务器 DELL服务器 IBM服务器 联想服务器 浪潮服务器 曙光服务器 同方服务器 华硕服务器 宝德服务器 上有要求 下有对策 掌上设备的主要追求就是体积要在保证使用的情况下,尽可能的小,使用时间尽可能的长,而功能与性能也要尽可能的强。说来简单,但给所属元件的要求则是十分苛刻的。 为了缩小体积并减少耗电量,闪存与它的近亲一样,精力主要放在了生产工艺的改良与工作电压的降低上,90nm的生产工艺已经是目前实际生产中的最高境界,而1.8V的产品线也在迅速地成长,从这些进步中可以看出厂商对闪存的待遇与重视程度。可以说,厂商在这此基础技术方面的水平将直接影响自身产品的战果。 功能与性能更强对闪存也就意味着,速度更快,容量更大。为此,早在几年前,有实力的大厂就在研究扩容技术,最终Intel的MLC与AMD的MirrorBit修成正果,实现了在相同核心面积下容量倍增。 至于速度,这一直是NOR相对于NAND的强项,在不断的努力下,NOR达到了几十ns的随机访问速度,从而实现了Xip功能(eXecute In Place,本地执行),也就是平常所说的代码执行。这样一来,又可减少对快速内存(如DRAM)的需求,从而在减化设计、缩小体积上又做出了贡献。 在另一方面,针对网络数据(主要是流数据而类似于QQ这样的文本信息)的特点,一些公司还专门为此开发所谓的无线闪存,为它非凡设计了RWW/E的功能,即在写入或擦写一个数据区的同时可在其他的数据区进行代码的执行(读取)。这无疑大大增强了闪存的数据吞吐量,进一步满足W&M中的W需要。其实,这一功能的实现也体现了NOR闪存逻辑Bank或内部分区的设计的好处,一个逻辑Bank的工作不会影响对其他的Bank的控制,这与DRAM上的交错Bank寻址的性质差不多。 市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图一) Intel的无线NOR闪存,算是NOR阵营中的一大亮点,充分发挥了NOR自身的优势 同时,利用先进的MCP封装技术,闪存厂商可以将多个相关元件(基本上是)堆叠(Stacked)封装为一颗芯片,目前应用最多的是与掌上设备的“内存”(SRAM等)集成,将掌上设备中的存储装置收于一“芯”,进而可大幅缩小PCB的面积。 2003年4月10日,Intel发布了5层堆叠的闪存新品,这是目前销售产品中的纪录。它里面有两枚256Mbit StrataFlash芯片(采用MLC技术),两枚64Mbit PSRAM芯片(DRAM核心、SRAM接口的RAM),一枚16Mbit SRAM芯片。假如掌上设备使用这种闪存,那么基本就不用再另配高速内存了,优势一目了然。 掌上设备的前景肯定是不用怀疑了,也因此,闪存有理由把它当成自移动存储后的另一个伊甸园,一切都因为闪存在掌上设备中的非凡地位——在掌上设备中,最终将以闪存为核心整合所有的存储芯片(富士通公司甚至将其与FCRAM芯片封装在一起)。 从某种角度上说,掌上设备中的闪存,在很长时间都无法替代。也就是说,它不会像SDRAM那样,能感觉到Mobile SDRAM、PSRAM、IT SRAM所带来的强大压力。FeRAM、MRAM要想取代它,也绝不是几年就可以实现的。所以闪存目前的外围环境非常稳定,它可以安心的在这一领域漫步。但哪个厂商走得最踏实就看各家的实力了。
NAND型闪存的努力 代码执行成焦点 面对着W&M的美好前景,在移动存储中已经尝到甜头的NAND型闪存,也当然想进来找到新的乐园,但若想在重视代码执行的掌上领域有所建树则要付出更多的努力,不过有了MCP的帮助,NAND厂商希望借助Shadow RAM来提高代码执行的能力(将闪存中的代码先调入同一封装中的高速内存,就像PC机中的程序会先从硬盘调入内存再执行一样),再配合先天性的容量优势。NAND与NOR在掌中大战也不是没有可能,NAND的巨头——三星与东芝都在进行这方面的努力。 韩国的三星电子和日本的东芝等NAND闪存供给商,以及具有相似门架构的AND闪存供给商瑞萨科技(Renesas Technology)已经在为2.5G和3G手机提供数据存储。但在最近,他们进一步开始关注一直属于NOR领地的代码存储。为什么现在才关注代码存储?部分原因在于NAND闪存产业终于积累了强大的制造能力,足以考虑开拓其它的发展方向。东芝的闪存业务拓展经理Brian Kumagai表示,亚洲已有六家手机厂商将NOR换成了NAND,而且预计这个数字到年底还将增加一倍。 软件公司亦推波助澜。闻名的掌上设计操作系统提供商微软与Symbian都对各自的手机操作系统进行了调整,使其可以支持NAND闪存启动和执行代码。Symbian于4月份决定在OS 7.0软件中对NAND提供支持的时候,没有引起太大的重视。三星对此觉得有点过意不去,于是日前主动发表声明,对Symbian的合作大加赞赏。 除了操作系统供给商以外,摩托罗拉、高通、德州仪器和三星等四家手机芯片组供给商,也在对NAND提供支持,使之可以执行代码。 “这场竞争明年将引起关注。”闪存研究公司Webfeet Research的分析师Alan Niebel表示。他说,判定胜败的标准将是价格、存储密度和速度,以及其对手机参考设计中的元件数量的影响。 表面来看,NAND闪存的生产成本比NOR低得多。但这只是事情的一个方面。NAND必须将所存储的操作系统代码转移到另外一个SRAM或DRAM元件,才能加以执行。英特尔闪存部门的技术顾问Troy Winslow声称,NOR芯片的价格要低于NAND及其配套RAM价格之和。他还指出,NAND执行代码时需要额外的内存,这样就增加了功率消耗,并使手机的元件数量增多。 但三星半导体公司的策略营销主管Ivan Greenberg却认为并非如此。他指出,新款“智能”手机和3G手机已经加入了低功耗的DRAM,甚至在利用NOR闪存执行代码的产品也采用了DRAM。“由于DRAM已被这些手机采用,所以NAND不会在价格方面落于下风。”他说。“假如用NAND代替NOR来执行代码,则它能够显著降低手机内存成本。” 但AMD的客户业务副总裁Ian Williams争论道,在处于代码执行模式时,NAND闪存需要额外的检错和校正电路,这也会增加NAND解决方案的成本。 此外,存储密度(容量)是关于NOR和NAND两大闪存阵营的另外一个争论焦点。 “手机操作系统变得日益复杂,并且需要越来越大的内存来存储代码。”SanDisk 的产品技术销售主管Fashid Sabet表示。“新版Symbian 7.0和微软的智能手机操作系统(Smart Phone OSes)至少需要32M的内存,用于闪存代码存储。”单一的128或256Mb的NOR闪存芯片难以满足这种新型操作系统对内存的需求。 目前,只有AMD、富士通和英特尔等少数几家NOR供给商在生产256Mb的NOR芯片。但英特尔的Winslow表示,堆叠式高密度NOR裸片可以达到512Mb,能满足最苛刻的手机代码执行需求。 而另一方面,NAND的密度最高可达4Gb甚至8Gb。SanDisk和东芝最近透露,他们已开发出一种新的NAND内存单元结构,单核心密度可达4Gb,甚至更高。东芝和SanDisk表示,他们在日本的合资工厂FlashVision,将用90纳米工艺生产这种新型NAND内存芯片。计划在2004年上半年投产。 除了密度以外,两种闪存的速度也成了争论的话题。东芝的Kumagai坚持认为,NAND闪存在突发模式下的平均访问时间为10毫微秒,而NOR则需25至35毫微秒。但是,AMD的Williams表示,NOR在执行所存储的代码时速度较快。 市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图二)值得注重的是,虽然手机是一种高端产品,但手机市场不是NOR和NAND供给商的唯一战场。Kumagai表示,网络设备也在开始转向NAND,而以前主要采用NOR执行代码。SanDisk的Sabet指出,交换机和路由器也开始采用基于NAND的闪存卡,用来存储大量的操作系统代码。 另外,以NAND为基础的存储卡近年来也越做越小,越来越被掌上设备所注重,虽然CF卡用于手机未免太夸张,但基于NAND的miniSD与SanDisk/摩托罗拉新推出的T-Flash卡(与SD兼容,见下图)已经注定要在该领域大展拳脚,相比之下,NOR就没这些“外援”了。
市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图三) 总之,对厂商而言,谁能抓住W&M市场的需求,并以新的产品积极应对,谁才能夺取市场的主动,但这方面要比应付存储市场困难得多,后者更多的只是考虑容量。所以,谁能更好的应付W&M的要求,谁就能在闪存世界中笑到最后。 QQread.com 推出各大专业服务器评测 Linux服务器的安全性能 SUN服务器 HP服务器 DELL服务器 IBM服务器 联想服务器 浪潮服务器 曙光服务器 同方服务器 华硕服务器 宝德服务器 战场总结 闪存在几乎每个电子产品上都用得到,而且市场发展迅猛,Web-Feet Research的数据显示,2003年闪存市场大约是110亿美元,其中70亿美元是NOR型,40亿美元是NAND型。到2006年,闪存行业产值估计达到240亿美元,即使NOR闪存仍会主宰市场,NAND闪存的收入会因其容量和相应售价的因素迅速扩张而超过NOR闪存。 2003年8Mbit以下的小容量闪存市场约10亿片,占整个25亿片闪存市场的40%(注:本文只关注分立式闪存市场,不含ASIC或处理器中的嵌入式闪存)。几乎所有小容量闪存都是NOR型的,用于代码存储。小容量闪存有广泛应用,包括硬盘、DVD、CD-ROM、PC、mp3插放器、数码相机、打印机、游戏等。 虽然小容量闪存市场仍在成长,但相对其它市场已比较成熟,典型的融合已开始发生,而低成本的供给商会主宰市场。SST是小容量闪存的领先供给商,占有40%的市场份额且仍在成长,它已先看到这点。事实上,在2003年第二季度闪存市场增长时,很多NOR 闪存供给商重新关注中容量(16M-128Mbit)市场而从16Mbits以下的市场撤退,同时小的NOR闪存供给商在技术、质量和能力上都不能使自己成为小容量市场上可靠和能够实现大批量供货的合格供给商。 大容量市场(256Mbit以上)主要是数据存储领域,因而被NAND 闪存所主宰。这个市场由数码相机、高档PDA、U盘和其它消费类媒体存储产品组成。产业分析师认为,未来几年里,数据存储市场需求会比代码存储增长更快,因为其出货量和容量都在增加。Web-Feet估计,2004年将有超过5千万个U盘会付运,平均容量近300Mbyte,而到2007年,3倍于目前容量的USB盘付运量更将达到一亿个! 中容量市场是NOR和NAND同时对阵。中容量闪存的需求主要定位于某些应用如手机、简单的机顶盒,PDA和高档消费电子产品。主流GSM手机使用40-90Mbit的闪存,大部分用于代码存储。CDMA手机目前占手机市场不到四分之一,它需要很大的闪存,达100-256Mbit,当然大部分也用于数据存储。手机年销售5亿支中,只有一小部分需要256Mbit以上的闪存。在这些高端手机中,很多制造商不直接用板上的NAND闪存而用移动式的闪存卡如SD卡,以降低手机的材料成本。在手机中的数据存储使用NAND时,要有100Mbit以上的容量,分摊的平均每位成本才划算。相反MLC NOR比NOR 闪存有更好的兼容性和性能,在中高端市场受到关注,NOR/MLC NOR闪存和NAND闪存组合在高端智能手机的应用受到关注。 QQread.com 推出各大专业服务器评测 Linux服务器的安全性能 SUN服务器 HP服务器 DELL服务器 IBM服务器 联想服务器 浪潮服务器 曙光服务器 同方服务器 华硕服务器 宝德服务器 战况比较 IC Insights公布了2003年度全球闪存厂商的最新排名。在这一排名榜中,三星公司闪存销售额的增长幅度达到了惊人的166%,从而也使该公司超越英特尔攀升至排行榜第一位。 市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图四) 由于NAND闪存市场的扩大,2003年三星公司闪存的销售额达到29.3亿美元,比2002年增长了166%。与此同时,由AMD和富士通合资创办的Spansion公司的闪存销售额也达到了17.95亿美元,从而这家合资公司也超过了英特尔排名第二。 由于市场决策的失误,英特尔由2002年的第一位跌到了第三位,销售额也由21.27亿美元跌至17.10亿美元,跌幅达20%。 造成英特尔现在这一局面的最主要因素是该公司的决策。三星和东芝主要生产NAND闪存,而英特尔和AMD则主要生产NOR闪存。NAND芯片的存储量比NOR闪存芯片大,而且价格相对便宜,而NOR闪存芯片则更加安全,不轻易出现数据故障。 目前,NAND闪存主要用在数码相机闪存卡和MP3播放机,这二个市场的增长非常迅速。而NOR芯片用于在手机和机顶盒中存储信息,这二个市场的增长速度相对较慢。第三季度NAND闪存芯片的发货量为1.32亿个,增长了30%,总存储容量则增长了76%。
此外,造成英特尔销售额下滑的另一个原因是该公司在1月份将NOR闪存芯片的价格提高了40%。英特尔预计NOR闪存芯片将供不应求,可以适当地提高价格。 市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图五)不过,公司的得失并不代表整个市场上供给比例,下图就是业界对未来几年的闪存需求的分析图,可以看出在绝对量上,NOR仍占优势,究竟生产NOR闪存的厂商占大多数。但NAND的势头也会越来越猛,而伴随着一系列新技术的应用,NAND的应用范围也会越来越广。 总体上说,随着一系列新设计与技术的加入,NAND的市场前景普遍被人看好,究竟今后的应用对存储容量的要求越来越大,这有点像业界对硬盘的要求一样,当NAND通过附加的手段提高本身的代码运行性能后,其明显的容量优势将加大其竞争的砝码。也因此,近年来许多闻名的闪存生产商都纷纷加入到NAND阵营中来,其中包括NOR的忠诚支持者——Micron以及Hynix、Infineon、ST等重量级厂商。当然,NOR阵营也不会坐以待毙,在进一步提高运行速度的同时,扩展容量已经成为NOR厂商所最为关注的话题。
小提示:另类的闪存应用 闪存除了NV的特性之外,与硬盘相比,还具有独特的优势,那就是它没有机械的装置,不用担心撞击,在湿度和温度方面也更轻易达到工业级水平。因此,在一些非大众的应用场合,闪存也找到了自己的用武之地。这里举一个例子,相信大家能从中得到启发。 市场对战 NOR闪存Vs NAND闪存(图六) M-Systems的FDD驱动器 闻名的闪存驱动器制造商M-Systems一直以生产工业用快速闪存驱动器(FFD,Fast Flash Disk)而闻名,其最新的产品外形规格为2.5英寸标准设计,具体尺寸是100.2mm(长) X 69.8(宽) X 9.4 to 37.4mm(高),当高度为9.4mm时,与目前的笔记本电脑硬盘差不多。该FFD采用ATA-6接口,最高容量为90.1GB,最低容量为1GB,共有25种容量规格。为了与公司以往的FFD 2.5”产品相区别,M-Systems将新品命名为FFD 2.5” Ultra ATA。 在传输速度方面,FFD 2.5” Ultra ATA的接口速度为Ultra DMA 5模式(100MB/s),内部持续读/写速度可达40MB/s,访问时间小于0.04ms。FDD 2.5” Ultra ATA符合MIL-STD 810F与NEBS level-3工业标准,可以在高海拔、高强度撞击/振动以及高温等工业环境下进行操作。其操作时温度环境为-40至85℃,静止存储时的温度可在-45至95℃,海拔可到80000英尺(约24384米),抗撞击水平可达1500G(MIL-STD 810F)。90.1GB型号的耗电量为3.1至6.0W。重量约为0.3公斤(90GB型号)。 FFD 2.5” Ultra ATA的市场主要针对军事、航空航天、通信与视频服务器领域。FFD 2.5” Ultra ATA采用M-Systems的TrueFFS Flash治理系统,自然损耗与坏块治理可以保证500万次的擦/写。而且,为了满足工业级数据安全的要求,FFD 2.5” Ultra ATA还具有快速安全擦除与“净化”功能(相当于硬盘的低格),从而符合美国国防部DoD 5220.22-M、国家安全局NSA 130-2、美国空军AFSSI 5020、美国陆军380-19以及美国海军Navso 5239等相关标准的要求。 由此,我们可以看出闪存在其他领域所做出的贡献,在一些网络存储设备中,闪存也会被用来存储“快照”数据以用于实时的恢复。而以目前闪存的速度,其实早已经可以代替传统的磁带机/库在网络存储中的位置,但由于目前的单位容量成本太高(80GB容量的磁带也就几百元,目前的存储卡远没有达到这一水平),因此这个设想可能还不切实际。但一些磁带机/库的生产商则表示,它们的最大竞争对手就是闪存,因为它可以像磁带那样轻易的装载/卸载,而硬盘还不能。所以,当闪存盘可以达到相应的成本水平,磁带机的市场想必也会慢慢萎缩了……