快闪存储器于消费嵌入式系统之应用趋势

旺宏电子产品行销经理　周志鸿

旺宏电子为世界级非挥发性存储器领导厂商，主要生产NOR Flash(快闪存储器)和ROM(唯读存储器)，其中Serial NOR Flash及ROM之全球市占率皆为第1。

快闪存储器属于非挥发式存储器，亦即关闭电源后，数据仍能保存。在应用上，一般分为可作为程序码存储的NOR Flash，以及数据存储之用的NAND Flash。一直以来，是快闪存储器以浮动闸(floating gate)为主要技术，不过随着制程微缩到20纳米以下遭遇的物理极限，业者已积极采取新一代技术的研发，像是SONOS和PCM(相变存储器)技术，同时亦将传统的平面式架构朝向垂直式和3D存储器发展，以增加容量密度。

浮动闸技术主导了过去30年来非挥发存储器的发展，现在我们正朝电荷捕捉(charge trapping)技术移转，旺宏也投入了相当多的研发资源在开发新一代的非挥发存储器技术，相信这将会是整个产业的典范移转。

此外，针对新兴的非挥发存储器技术，还有FeRAM、MRAM、RRAM等不同技术的开发，旺宏也持续关注各项技术开发之状况。

根据Webfeet于2010年10月公布的统计数据，在各类NOR Flash在移动电话的使用中，近几年来序列(serial)快闪存储器的成长非常快速。对于成本敏感的手机市场来说，采用低功率的序列快闪存储器有许多好处。首先，它能降低整个系统的BOM成本，并简化PCB设计。同时还能减少系统杂讯、EMI、以及功耗。由于序列快闪记忆具简易指令集，接脚数较低，因此能大幅简化读取界面以及整个系统的设计工作。

我们预估，从2011至2014年，序列快闪存储器在手机市场的年复合成长率可望达到63%，优于整体NOR Flash市场的表现。

序列快闪存储器有3V、2.5V、和1.8V等不同的电压设计。其中，1.8V因可符合移动应用对延长电池寿命的需求，因此未来应用于手持式装置，尤其是手机市场的成长力道将更为显着。而2.5V元件，可因应智能电表等新兴应用的需求，是预期将快速成长的另一个区块。

NOR Flash的应用主要有XIP(execute-in-place)和存储下载SnD(Store and Download)2种方式。在XIP设计上，Flash是直接与CPU相连，采平行式设计，具多个I/O。而SnD的设计，则是透过系统汇流排，将Flash中的程序码先下载到DRAM中，再由CPU至DRAM去存取，Flash并不直接与CPU相连，这时就可采用序列式快闪存储器，减少I/O，简化整个PCB的设计。

虽然序列快闪存储器仅有1至4个I/O，不像平行存储器有8~16个I/O，但透过采用双倍传输速率(DTR)和提升时脉速度等设计方式，亦能提升整体的数据处理能力。就4个I/O DTR的波形来看，透过在上升沿(rising edge)和下降沿(falling edge)都有数据输出的方式，可以显着提升其读取效能。

若与16线、25ns的page mode平行快闪存储器相比，我们只需采用4x104MHz的序列快闪存储器就能达到相当的数据传输率，若再采用具4x2x75MHz DTR设计的序列快闪存储器，最高还能达到600Mbps(4x2x75MHz)的效能。因此，目前机顶盒、电视、WiMAX、光盘机等多项产品都已经大幅度地转换到序列快闪存储器的设计。

旺宏的序列快闪存储器可为低功率应用带来高效能，其特有加强的四元周边界面(Quad Peripheral Interface)模式不仅在存储下载SnD(Store and Download)速度上可超越平行快闪存储器，更可支持XIP功能，亦具相同效能。

旺宏拥有完整的3V、2.5V、和1.8V序列快闪存储器产品。3V的MX25L容量从512Kb至256Mb，其低端产品已广泛用在网络摄影机和硬盘机等应用，此外3V系列亦有具多I/O和DTR功能的64Mb和128Mb产品。在2.5V方面，有容量涵盖512Kb至16Mb的MX25V系列，具多重I/O。

而1.8V的MX25U系列，则有4Mb至128Mb容量，于4个I/O模式操作，每个I/O速度达104MHz。目前主要是以8Mb至64Mb的产品为主，适用于如移动电话、泛欧式数码无线电话、蓝牙、全球定位系统、可携式装置以及各种与节能有关的嵌入式应用产品。

此系列数据传输率可达416Mbps，运转效能甚至高于并行存储器的page-mode。而该产品也提供8/16/32/64-byte长度的 wrap-around 模式，让使用者可以直接从快闪存储器执行而无需快取缓冲区。除了高读取速度，同时也支持写入暂停？恢复(Write Suspend/ Resume)的功能，有助于手机类产品的应用。此产品系列采取旺宏电子新1.8V浮动闸极(floating gate)技术，提供高效能、低功耗以及100K次写入/抹除耐受度等产品优势。