NAND Flash持续演进 嵌入式应用渐广

旺宏电子产品行销处副处长郭玉兰。

程序储存存储器是嵌入式设备的关键零组件之一，旺宏电子产品行销处副处长郭玉兰指出，程序储存的存储器包括NOR、SLC NAND、eMMC等快闪存储器(Flash)技术，其中NOR Flash为低容量，当程序容量超过256Mb，一般就会改用SLC NAND Flash，而如果容量需求更大，eMMC就会成为主要应用。

郭玉兰进一步指出，观察这几年的发展，Flash的市场出货量在过去几年一路下滑，原因在于过去NOR Flash主要应用于2G Feature phone，当3G Feature phone被智能手机取代后，同样状况也出现在SLC NAND Flash，随着智能手机的储存需求快速提升，其空间逐渐不敷使用，厂商开始转用更大容量的eMMC，在此状况下，SLC NAND Flash的市场量也受到影响。但自2017年起有触底反弹的迹象，如智能城市、智能家庭、物联网、车联网等新兴应用开始启动，重新带动整体NOR Flash以及SLC NAND成长，因此从长期来看，此一市场相当乐观。

SLC NAND Flash在嵌入式系统中，主要是负责储存作业软件、应用程序或部分用户数据，在整个嵌入式操作系统的演进过程中，过去RTOS(Realtime OS)的内核较小，系统也相对封闭，存储器多选择NOR Flash，在界面技术部分，NOR Flash也从过去的并列(Parallel)演进到现在的SPI序列(Serial)，目前NOR Flash主要应用于CodeStorage。

操作系统从RTOS演进到开放性高的Linux时，内核尺寸变大，NOR Flash逐渐不敷使用，因此Linux开始采用NAND Flash，而由于相对于MLC与TLC，SLC的稳定度较高，因此成为此一领域的主流应用，现在整体市场由Linux再走到Android后，换成SLC NAND Flash的容量不足，市场主流再变换为eMMC或UFS。

SLC NAND Flash也有SPI序列(Serial)界面的利基型市场需求，由于SLC Parallel NAND Flash已经是A/D MUX界面，位址和数据共享pin脚，而转变成SPI NAND并不像SPI NOR Flash形成极大成本诱因。此外，若是将ECC处理单元加在NAND Flash上，反使NAND Flash成本上升，完全没有成本诱因。

更不利的是在ECC效能部分，NAND flash处理ECC的速度比SoC处理慢3倍以上，再加上SoC处理ECC更能完全掌握NAND Flash健康情况，能依照应用所需，自行决定ECC强度以及何时进行data搬移，更能增加使用寿命。何况SLC NAND的ECC需求变化低也单纯小于或等于8-bit ECC，不似MLC/TLC的ECC需求变化快甚至3D NAND要LDPC才能处理。对SoC而言，BCH algorithm处理小于或等于8 bit ECC是很成熟的技术，所以在SLC NAND的ECC处理趋势，应是由SoC处理才是王道。

郭玉兰表示，NAND Flash并非完全可用的存储器，在数据传输过程中，会出现大约2%的无效区块，而即使是好块，也可能含有错误位元，因此这是会需要SoC/MCU、ECC等坏块管理机制用以修正。她指出不要将NOR闪存体验应用于NAND Flash，此外NAND Flash在嵌入式系统的应用挑战中，郭玉兰有几个建议，包括ECC的处理必须按照NAND Flash的表单要求，区块的管理必须保留足够的安全空间，最后则是在重复写入时必须特别注意平均损耗，以延长存储器的稳定度与使用寿命。