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正本清源 全国SD卡汇总拆解评测(上)

 iamzkw 2007-08-10

2006-12-22 11:31:37  

  纵观目前全球的NAND Flash(闪存)的生产制造大厂,除了上文所说的三星(Samsung),还有东芝(Toshiba)和现代(Hynix)。这其中三星和东芝这两家加起来已经占领了全世界接近9成的NAND Flash市场份额,所以目前的NAND Flash市场可以分为S阵营(Samsung阵营)和T阵营(Toshiba)这两大主要阵营。

  其实NAND Flash产品总共可以分为三大架构,分别是单层式储存格 (Single Level Cell 缩写 SLC),包括三星(Samsung)、现代(Hynix)、美光(Micron)以及东芝(Toshiba)都是此技术使用者,第二种则是多层式储存格(Multi Level Cell 缩写 MLC),目前有东芝(Toshiba)、瑞萨(Renesas)使用,不过三星将在2005第四季推出相关产品,最后则是英飞凌(Infineon)与赛芬半导体(Saifun Semiconductors)合资利用NROM技术所共同开发的多位储存格(Multi Bit Cell 缩写 MBC)。

  MLC制程是由英特尔(Intel)在1997年9月最先开发成功的,其作用是将两个位的信息存入一个浮动栅(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,透过内存储存格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2 bits 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,通过精确控制浮动栅上的电荷数量,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)。请看下图的SLC与MLC的制程对比图解。

  当然不光是NOR型闪存在使用,东芝(Toshiba)在2003年2月推出第一款MLC型的NAND Flash,并接续2004年4月推出采用MLC技术的4Gbit与8Gbit NAND Flash,显然这对于本来就以容量见长的NAND闪存更是如虎添翼。

  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,藉由这样的方式,便可储存1个个信息位,这种技术的单一位细胞方式能提供快速的程序编程与读取,不过此技术受限于低硅效率(Silicon efficiency)的问题,必须要藉由较先进的流程强化技术(Process enhancements),才能向上提升SLC制程技术。

  我们可以将SLC制程与MLC制程来做一个对比,SLC架构是0和1两个充电值,而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值,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,可以享有成本与良率的优势。

  不过MLC制程也有着一些必然的缺点,那就是使用寿命不及SLC制程,MLC制程只能承受约1万次左右的读写,这个数字要低于SLC制程的10万次读写。另外读写速度,SLC制程比MLC制程要快3倍以上,再加上MLC制程对于电力的消耗也相对SLC制程要大。所以总体来说,这两种流行的制程工艺特点如下

  SLC制程 优点:读、写速度快,耗电量更低,使用寿命为10万次左右
      缺点:存储密度普通,容量超过1G后成品率极低,价格高

  MLC制程 优点:存储密度高(缩减芯片体积35%),4G容量以上全为MLC产品,价格低
      缺点:读、写速度普通,耗电量比SLC大,使用寿命为1万次左右

  我们从这两种闪存制程的技术参数对比中很容易可以看出各自的优、缺点。而且业内也有这样一种说法,只有在亚洲市场MLC制程的产品才比较流行,欧美市场则几乎清一色的全部都是SLC制程的产品。

  再回到问题SD卡事件中,一些实力型的SD卡制造大厂,在采用新一代MLC制程闪存芯片生产SD卡时,马上就发现了MLC闪存的控制芯片在设计上出现的兼容性问题。他们通过与控制芯片厂商的合作,已经顺利的解决了新一代MLC闪存的兼容性问题。使得这些厂商所生产的SD闪存卡采用的控制芯片,均能稳定地支持MLC NOP=1的要求,不致产生数据流失(Data Loss)等质量问题。下文的拆解评测中,会为大家作详细的解释。

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