Nor Nand OneNand OrNand区别

OneNand是针对消费类电子和下一代移动手机市场而设计的，一种高可靠性嵌入式存储设备。
随着过去几十年的Nand技术的发展，一些公司，基于原先的NAND的架构，
设计出一种理想的单存储芯片，其集成了SRAM的缓存和逻辑接口。
OneNand既实现NOR Flash的高速读取速度，又保留了Nand Flash的大容量数据存储的优点。

与OneNand对应的是之前早就出现的Nand Flash和Nor Flash。

OneNand Nand Nor三种Flash的区别：

应用需求

NAND

OneNAND

NOR

快速随机读取

√

快速顺序读取

√

√

√

快速写/编程

√

√

同时擦除多个块

√ (最大64个块)

√

擦除的挂起/恢复

√

√

写回

√(错误检测)

√ (错误检测与纠正)

锁/解锁/紧锁

√

√

错误纠正

外部 (硬件/软件)

内置

不需要

扩展性

√

√

OneNAND闪存，由Samsung开发，支持更快速数据吞吐和更高的密度，这两点是满足高分辨率摄影、视频和其他媒体应用的两个主要要求。

OneNAND可看作NOR和NAND技术的一种混合。从本质上来讲，一个单独的OneNAND芯片集成了一个NOR闪存接口，NAND闪存控制器逻辑、一个NAND闪存阵列，以及高达5 KB的缓冲RAM。至于速度，它能以高达108 MB/s的持续读数据率传输。

OneNAND器件有两种类型：muxed和demuxed。对于muxed型，地址引脚和数据引脚结合在一起，而demuxed型芯片这两个引脚是分开的。当关注的是减少引脚数时，选择muxed OneNAND可能好一些。另外，muxed OneNAND只工作在1.8V，demuxed的密度较低，不到1 Gbit，demuxed有1.8V 和3.3V两种选择。如果muxed或demuxed器件的密度超过1 Gbit，则只能选择1.8V的工作电压。

基于OneNAND的芯片组的主要目标将是3G电话。写速度为17MB/s的这种存储器能保证对超过HSDPA规定的连续数据流无线下载。除多媒体手机设计外，OneNAND肯定是混合硬盘用非易失性缓冲器一个有价值的选择。目前，采用60nm工艺技术的芯片可提供高达2 Gb的存储容量，并且在今年晚些时候，将可能出现采用50nm工艺技术容量达4Gb的芯片。

总之，NOR闪存适合代码存储，就是说，固件、器件应用等，而NAND闪存处理存储量大的类似于硬盘驱动的例行工作。OneNAND闪存两个优点都具备，它能胜任代码和海量数据存储，同时效率更高。

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NAND Flash和NOR Flash是目前市场上两种主要的非易失闪存芯片。

NOR Flash的传输效率很高，但写入和擦除速度较低；

与NOR Flash相比，NAND Flash在容量、功耗、使用寿命等方面的优势使其成为高数据存储密度的理想解决方案。NAND Flash以容量大、写速度快、芯片面积小、单元密度高、擦除速度快、成本低等特点，在非易失性类存储设备中显现出强劲的市场竞争力。

结构：NOR Flash为并行，NAND Flash为串行。

总线：NOR Flash为分离的地址线和数据线，而NANDFlash为复用的。

尺寸：典型的NAND Flash尺寸为NOR Flash尺寸的1／8。

坏块：NAND器件中的坏块是随机分布的，需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。

位交换：NAND Flash中发生的次数要比NOR Flash多，建议使用NAND闪存时，同时使用EDC／ECC算法。

使用方法：NOR Flash是可在芯片内执行(XIP，eXecute In Place)，应用程序可以直接在FIash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中；而NAND Flash则需I／O接口，因此使用时需要写入驱动程序。

 

 

 

为了提高竞争力，各大半导体厂商都会尽一切努力进行新技术的研发，开发出高速度、大容量、高可靠性以及低功耗、低成本的产品成为各个厂商的共同目标，NAND与NOR的融合也被业界普遍认为是未来的趋势。

　　受益于消费电子产品的旺盛需求，Flash闪存已取代RAM成为存储器家族中最主要的力量，市场规模高速扩张，三星、英特尔、Spansion 等半导体厂商也成为最大的受益者。根据逻辑结构的不同，Flash闪存主要可分为NAND和NOR型两种，前者可提供更大的容量，但不支持代码本地执行，读速度也较慢(但写入速度较快)；而NOR型闪存支持代码本地运行，读速度也稍快(写入速度稍慢)，但主要缺点在于很难实现较高的存储密度。不同的特性让这两者分别属于不同的市场：NAND广泛用于数据存储相关的领域，如移动存储产品、各种类型的闪存卡、音乐播放器等，而NOR型闪存主要用于手机、掌上电脑等需要直接运行代码的场合。两者一向泾渭分明、互不干扰。

　　不过，由于手机市场起步较早(1999年开始全球流行)、整体规模很大，NOR闪存也就长期居于主导地位，出货量占据闪存整体份额的60%以上；NAND闪存虽然应用领域更为广泛，但受累于数码产品的用户群较小，整体规模反而不如NOR闪存。然而，近两年此种格局悄悄发生了逆转：应用的成熟与价格平民化让数码相机、音乐播放器、移动存储器快速向主流人群普及，大容量NAND闪存的需求也因此极其强劲，受益于此，NAND闪存市场一直呈现高速增长态势。但与之形成鲜明对比的是，手机产品从2004下半年开始就陷入相对低迷状态，致使NOR闪存需求的增速减缓。此消彼涨，NAND闪存的市场规模在 2005年最终超过NOR成为闪存家族中的主力军，而掌上电子产品的功能日趋强大，对大存储容量的要求如饥似渴，业界普遍认为NAND的发展潜力将远高于 NOR型闪存，并将击败后者成为闪存家族中的绝对主导。

　　然而，NAND闪存要完全替代NOR闪存并不现实，虽然它的容量远大于NOR，但NAND低速、不够可靠、无法支持代码本地执行的先天缺陷一直难以克服。如果在手机、掌上电脑产品中只采用NAND，将会出现系统启动速度慢、较容易死机的严重问题，也正因为如此，NOR的地位依然十分稳固。而许多设备厂商为了在自己的产品中提供较强的数据存储功能，往往采用同时集成NOR(用于运行本地程序)、RAM(用于装载程序运行的数据)以及NAND(用于个人数据的存放)三种不同类型的存储器件，但此种方案不仅设计复杂，产品的成本也比较高，不利于推广。至于闪存厂商对NAND、NOR之间的壁垒也甚为不满，多数闪存厂商都希望自己的产品能够满足全方位的需求，以此获取更大的市场份额。开发两者相融合的新型闪存技术就成为业界共识，在这方面，三星与 Spansion走在前面。以NAND业务为主的三星公司在2003年提出OneNAND技术方案，兼顾NAND高容量和NOR快速等优点，希望籍此从 NOR闪存厂商手中抢夺市场份额；而只有NOR业务的Spansion(AMD与富士通闪存业务的合资公司，NOR闪存的第二大厂)也在2004年提出功能类似的ORNAND技术，希望能够从NAND市场的高增长中分享成果。这样，新一代闪存市场将形成三星OneNAND与Spansion ORNAND对垒的局面。尽管这两项技术提出已久，但在近两年来它们一直都有新的技术发展，OEM市场也从2005年下半年开始逐步接受，业界认为这两者有希望与传统的NAND、NOR共存，成为闪存家族的又一大主力，这也是我们直到现在才介绍这两项技术的主要理由。

　　闪存的一些基本概念

　　在介绍OneNAND和ORNAND之前，我们非常有必要对NAND、NOR闪存的技术差异和应用作进一步的探讨。

　　NAND、NOR闪存的基本原理

　　无论NAND还是NOR，都是闪存(Flash Memory)家族中的成员，两者在基本的数据存储方式和操作机理上都完全相同。闪存以单晶体管作为二进制信号的存储单元，它的结构与普通的半导体晶体管 (场效应管)非常类似，区别在于闪存的晶体管加入了“浮动栅(floating gate)”和“控制栅(Control gate)”—前者用于贮存电子，表面被一层硅氧化物绝缘体所包覆，并通过电容与控制栅相耦合。当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时，该NAND 单晶体管的存储状态就由1变成0。相对来说，当负电子从浮动栅中移走后，存储状态就由0变成1；而包覆在浮动栅表面的绝缘体的作用就是将内部的电子“困住 ”，达到保存数据的目的。如果要写入数据，就必须将浮动栅中的负电子全部移走，令目标存储区域都处于1状态，这样只有遇到数据0时才发生写入动作—但这个过程需要耗费不短的时间，导致不管是NAND还是NOR型闪存，其写入速度总是慢于数据读取的速度。

　　虽然基本原理相同，但闪存可以有不同的电荷生成与存储方案。其中应用最广泛的是“通道热电子编程(Channel Hot Electron，CHE)”，该方法通过对控制栅施加高电压，使传导电子在电场的作用下突破绝缘体的屏障进入到浮动栅内部，反之亦然，以此来完成写入或者抹除动作；另一种方法被称为“Fowler-Nordheim(FN)隧道效应法”，它是直接在绝缘层两侧施加高电压形成高强度电场，帮助电子穿越氧化层通道进出浮动栅。NOR闪存同时使用上述两种方法，CHE用于数据写入，支持单字节或单字编程；FN法则用于擦除，但NOR不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片区域执行擦除操作，由于擦除和编程速度慢、块尺寸也较大，使得NOR闪存在擦除和编程操作中所花费的时间很长，无法胜任纯数据存储和文件存储之类的应用，但它的优点是可支持代码本地直接运行；其次，NOR闪存采用随机存储方式，设备可以直接存取任意区域的数据，因此NOR闪存底部有大量的信号引脚，且每个单晶体管都需要辅助读写的逻辑，晶体管利用效率较低、容量不占优势。而NAND闪存采用FN法写入和擦除，且采用一种“页面-块”寻址的统一存储方式，单晶体管的结构相对简单，存储密度较高，擦除动作很快，但缺陷在于读出性能平平且不支持代码本地执行。另一个不可忽视的地方在于，NAND闪存很容易出现坏块，制造商通过虚拟映射的方式将其屏蔽，这一点很类似于硬盘。

　　目前，NOR阵营的厂商主要有英特尔与Spansion，后者为AMD与富士通闪存部门合并成立的新企业，英特尔目前的市场份额稍高，而 Spansion则在技术上具有一定的优势，该公司在2005年10月份推出1Gb容量的NOR闪存，创下NOR的最高容量记录。NAND领域的半导体厂商主要包括三星、现代(Hynix)、东芝、美国IM快闪科技(英特尔与美光科技近日成立的合资公司)等，其中三星占据的份额超过50%，居绝对的领先地位，该公司在2005年9月份推出16Gb密度的NAND闪存，但要等到今年下半年才有机会进入实质性的量产阶段。

　　图1 Flash闪存的基本存储单元(Cell)结构示意

　　OEM厂商采用的应用方案

　　NOR与NAND的不同特性决定了两者不可能取代对方。在NAND虎视眈眈的手机领域，各厂商传统上只有NOR+RAM、 NOR+NAND+RAM两种组合模式，它们都是采用NOR作为程序存储及执行的器件，RAM则用于存放运行过程中要用到的数据。由于NOR可以直接执行代码，无需动用RAM资源，使得对应的手机产品具有启动速度快、操作反应灵敏、功耗低等优点。其中，NOR+RAM多见于欧美品牌、注重商务功能的手机产品中，而NOR+NAND+RAM方案多出了NAND闪存作为图像、音频、个人数据的存储器件，多见于日系品牌的高端手机和音乐手机产品中。由于娱乐型手机发展前景看好，控制芯片厂商也普遍在新一代产品中集成了NAND控制功能，这对于NAND的应用非常有助益。

　　然而，NAND阵营显然不满足于此，为了全盘取代NOR，NAND阵营的半导体厂商一直在鼓吹NAND+RAM方案，它的组成架构非常类似于电脑中的硬盘和内存。NAND用于存储系统程序，采用“代码映射(ode shadowing)”技术运行，也就是代码和数据都必须载入到RAM后方可执行。此种架构乍看起来似乎没什么问题，但代码映射架构要求在NAND和 RAM之间进行大量的代码复制工作，性能无法得到保证，且代码映射带来的高功耗也是一个大问题。采用此种架构的手机产品普遍存在开机短暂暗屏(代码载入时手机不可操作)、系统操作反应迟滞、电池使用时间不够长等弊病，加之NAND一旦出现坏区，系统就有可能出现运行故障，用户自身又很难修复。尽管NAND 阵营的支持者一直强调NAND在容量和写入速度方面的优势，但在上述问题得到最终克服之前，手机厂商显然不怎么乐意采用这样的方案，这也是NAND阵营在进入手机市场方面一直雷声大、雨点小的主要缘由。而对三星公司来说，传统型NAND既然无力直接取代NOR，寄希望给OneNAND再自然不过，而事实上，OneNAND也具有这样的潜力。

三星OneNAND技术

　　OneNAND结合了NAND存储密度高、写入速度快和NOR读取速度快的优点，整体性能完全超越常规的NAND和NOR。除了下一代移动电话外，OneNAND面向的市场还包括数字电视、嵌入式设备、数码相机、便携GPS设备等等，不过三星并不是希望它快速取代传统的NAND，而是将其作为 NOR的竞争者。在具体实现上，OneNAND其实并不复杂，三星并不是采用另起炉灶的方式来设计它，而是巧妙地将NAND与NOR的结构融为一体。 OneNAND采用NAND逻辑结构的存储内核和NOR的控制接口，并直接在系统内整合一定容量SRAM静态随即存储器作为高速缓冲区。这样，OneNAND就可以在容量指标上与NAND闪存靠拢，目前它的最高密度指标达到4Gb，虽然在容量上略不如NAND但比NOR闪存要高出许多。为满足不同层次的需求，三星还推出包括512Mb、1Gb和2Gb的多种容量供选择。

　　图2三星OneNAND闪存的逻辑构成

　　OneNAND的特点

　　NAND内核并不具备本地执行代码(XIP)的能力，但这项功能对各种需要快速程序运行终端设备来说非常重要。三星作出的解决办法就是依靠高速 SRAM缓存—在存储器家族中，SRAM(静态随机存储器)的读写速度最快，CPU内的L1 Cache和L2 Cache采用的就是SRAM逻辑，可具备与CPU等速运行的能力。当OneNAND执行程序时，代码必须从OneNAND存储核心载入到SRAM，然后在SRAM上执行。由于SRAM的速度优势，数据载入动作几乎可以在瞬间完成，用户感觉不到迟滞现象，加上SRAM被直接封装在OneNAND芯片内部，外界看起来就好像是OneNAND也具备程序的本地执行功能。这种工作模式非常巧妙，并可收到与NOR相同的效果，但缺点是SRAM逻辑的晶体管利用效率非常低，无法实现较大的容量，三星在OneNAND中只是集成1KB容量的SRAM，因此OneNAND暂时只支持1KB代码长度的XIP—在这方面，OneNAND显然还无法与NOR闪存相媲美。

　　不过，OneNAND的读写性能相当出众，三星最新的OneNAND产品拥有高达108MBps的数据读取带宽，这已达到与NOR闪存相当的水准—这个速度也远远超过了现在的7200转桌面硬盘。相比之下，常规NAND闪存的读取性能只有区区17MBps，两者存在巨大的性能差异。其次，OneNAND的数据写入速度达到9.3MBps，虽然远远不如108MBps的读取速度，但相比NAND闪存的6.8MBps也已经有长足的进步了。与之形成鲜明对比的是，NOR闪存的写入速度只有可怜的0.14MBps，几乎称得上是慢如蜗牛。在数据擦除方面，OneNAND与NAND的指标相同，都达到64MBps，而NOR闪存更只有区区0.11MBps，与前两者完全无法相比。从性能角度来看，OneNAND无论读、写还是擦除都明显凌驾于NAND之上，NOR在写入/擦除方面的性能与之根本不具可比性，对嵌入式设备厂商来说，选择简单的OneNAND来代替NOR+NAND组合的方案是非常可行的。

新的NOR闪存将存储性能提升到了一个新的水平，读取速率达到133MHz，比市场现有产品快2倍。此外，编程速率达0.5Mbps，比现有NOR闪存解决方案提高2倍。

　　由于OneNAND采用与NAND相同的存储内核，它也会遭遇存储坏块的问题。如果只是用在数据存储，这个问题似乎没什么大不了，但 OneNAND必须用于系统代码的装载和执行，一旦出现存储坏区且该区正在执行代码访问，造成的后果便是设备死机或者关机，这其实也是NAND进入NOR 应用领域的主要障碍。为了解决这个难题，三星公司为OneNAND闪存量身定做了一款名为“Datalight OneBoot”的嵌入式控制软件。Datalight OneBoot具有高度灵活的特性，可被简单地整合到各种类型的嵌入式系统中。在实际运行时，OneBoot允许设备像使用硬盘一样来调用OneNAND 资源，读写操作的具体算法由OneBoot在底层直接实现。而在关键的坏块管理上，OneBoot通过实时扫描、瞬间屏蔽的方式来隐藏坏块。扫描工作一般在系统闲置时进行，如果OneBoot检测到存储区的某处存在坏块，那么OneBoot就对该区域作上标注，将坏块屏蔽起来，这样代码运行或数据读写时就不会访问到这个区域，保证系统运行及个人数据存储的可靠性。这种机制非常有效，往往是坏块刚刚产生就被OneBoot检测到并屏蔽，没有什么机会被程序或用户所访问。因此尽管OneNAND仍在物理上具备类似NAND的不可靠性缺陷，但三星的OneBoot嵌入式控制软件在很大程度上可以将之消除，该套系统的可靠性完全可以同搭载NOR闪存的系统相媲美。为了让OneNAND能进入更多领域，三星还在OneBoot基础上发展出增强的 “OneBoot+File”技术，后者除了具备OneBoot所有的功能特性外，还能够明显加快系统的启动速度。OneBoot+File的启动加速技术有些类似于计算机的“休眠”，它在运行时可以自动保存系统的工作状态，在下一次启动时直接从该状态恢复。三星表示，采用OneBoot+File控制软件，系统的启动速度可比常规方式快出88%，几乎是即开即用。鉴于掌上设备日趋复杂化，软件功能增加，启动时间也相应延长，而选择三星的OneNAND闪存与OneBoot+File控制软件方案可很好缓解这些问题，这在智能手机、掌上电脑、高性能数码相机等产品中尤其具有积极意义。

　　OneNAND的四套应用方案

　　为了让OneNAND可进入多个领域，三星总共提出了四套不同的OneNAND应用架构，分别针对手机、数码相机/数码摄像机、数字电视/数字机顶盒以及大容量的硬盘MP3播放器，下面我们将分别对此进行分析。

　　手机平台如前所述，现阶段手机一般采用NOR＋NAND＋RAM的方式，由于NOR必须装载系统软件，需要使用较大的容量。引入OneNAND 闪存之后，手机厂商可以先选择NOR＋OneNAND＋RAM的混合模式，其中OneNAND可存放代码运行的中间数据，这样手机厂商就可以适当削减 NOR闪存的容量以降低成本。等到时机成熟，手机厂商完全可以将NOR移除，构成由OneNAND+RAM的简单方案。在这套系统中，OneNAND闪存既可以承担系统程序运行职能，也将用于数据存储，由于结构简单，手机厂商可以实现产品的轻薄化并使成本得到有效控制。

　　数码相机/数码摄像机平台现有的数码相机/数码摄像机产品的存储系统一般由“NOR＋SDRAM＋NAND闪存卡”构成。NOR用于存放数码相机/摄像机的嵌入式程序，用户拍摄生成的照片或者视频则必须存储在专门的闪存卡中。如果厂商愿意选择OneNAND，那么该平台的存储架构将变成 “OneNAND+SDRAM”——OneNAND具有较大的容量，可在一定程度承担起用户数据存储职能，厂商只要在产品设计一个闪存卡接口即可，如果用户有扩展容量的需要，可自行到市面上购买相应标准的闪存卡。对数码相机/摄像机厂商来说，采用OneNAND同样可以降低产品的制造成本，而用户也可具有更高的自主性，至少不必担忧自己购买大容量闪存卡之后，原先标配的小容量闪存卡就派不上用场。

　　数字电视/机顶盒平台该平台目前多采用NOR＋DDR SDRAM存储方案，NOR用于存储嵌入式系统，DDR内存则用于装载生成的数字电视图像。厂商可以直接用OneNAND闪存来代替NOR。由于 OneNAND有较大的容量，读写速度快，可以存放诸如节目列表、节目记录以及用户截取的电视图像，厂商可以籍此提高产品的人性化功能，增强自身的竞争力。

　　硬盘MP3播放器iPod的全球流行引发MP3播放器的热潮，尤其是拥有大容量硬盘的产品更是受到广大用户的青睐。目前硬盘MP3播放器多采用 “小容量NOR＋DRAM＋硬盘”的存储方案，NOR只能用于存放播放器的操作系统软件，而DRAM必须在暂存程序数据的同时，存放用户的音乐文件列表。由于DRAM无法在掉电状态下保存数据，因此为了保存用户的音乐文件列表就必须对DRAM作不断的刷新，且要求DRAM具有较高的容量。这些因素都将导致系统能耗提升，电池使用时间缩短。如果厂商以大容量的OneNAND来代替NOR，那么音乐文件列表就可以被存放在OneNAND闪存中，DRAM的工作负荷大大减轻，对容量要求也不那么严格，该部分的能耗就可被有效降低。三星详细列出这两种方案的能耗对比：在NOR＋DRAM的传统组合中，DRAM(512Mb)要求有200uA的电流供应，而在OneNAND+DRAM的新方案中，DRAM(只需64Mb)系统只要求90uA的电流，后者在整体上明显要更为节能。

　　图3 OneNAND取代NOR在手机平台中的应用

　　图4 OneNAND取代NOR在数码相机/摄像机平台中的应用

　　图5 OneNAND取代NOR在数字电视/机顶盒中的应用

　　图6 OneNAND取代NOR在硬盘MP3播放器中的应用

Spansion ORNAND闪存

　　Spansion是AMD与富士通的闪存业务在2003年重组合并后成立的企业，在成立伊始，Spansion一度占据NOR闪存市场的领导地位，后来英特尔以半导体制造技术及成本方面的优势成功反超，Spansion在NOR领域的市场份额屈居第二。尽管如此，Spansion强大的技术实力为业界所公认，在NOR领域，Spansion以MirrorBit技术实现NOR产品的高密度化，后来Spansion又在该技术的基础上推出ORNAND新概念闪存，它集NAND的高密度、高写入速度与NOR高读取速度、高可靠性等优点于一身，堪称NAND的有力竞争对手。但由于Spansion的资源不够充足，一直未能将ORNAND推向市场，直到2005年9月底该公司才宣布将在今年中期以90纳米工艺来生产ORNAND闪存。这样在三星的OneNAND之后，市场上将出现第二种融合NAND、NOR特点的通用型闪存产品，这对于闪存市场的未来发展无疑有着深远的影响。

　　决定存储密度的三种实现技术

　　由于ORNAND是以第二代MirrorBit技术为基础，因此我们必须预先来介绍MirrorBit。第一代MirrorBit技术由AMD公司在2001年提出，目的是克服NOR闪存密度低的缺陷，开发出较大容量的产品。而凭借这项技术，AMD逐渐在大容量NOR闪存领域获得领先优势。2003年，AMD发布更成熟的第二代MirrorBit，并同时推出基于该技术的512Mb NOR闪存，创下NOR闪存容量的最高纪录。同年AMD与富士通闪存部门重组成立了Spansion，MirrorBit便归于新公司的旗下。2004年，Spansion将第二代MirrorBit技术投入量产，一举奠定了自己在高容量NOR产品中的绝对优势。直到今天，Spansion都是唯一能够大量供应512Mb NOR产品的闪存厂商。与之相比，英特尔虽然依靠低价获得市场领先，但它目前才开始进入512Mb NOR的量产阶段，技术开发上落后于Spansion。

　　我们在前面详细介绍了闪存的基本原理：每个基本存储单元(CELL)都有贮存电子的浮动栅，对应二进制数据的存储。NOR和NAND型闪存有SLC(Single-Level-Cell，单极单元)和MLC(Multi-Level-Cell，多级单元)两种技术方案，其中SLC也是最传统的方式：一个存储单元对应一个比特位数据，其优点是技术成熟可靠、高性能和较长的使用寿命，为了弥补容量方面的不足，闪存厂商往往采用多核心封装或芯片堆叠技术，它也是当前最主要的NAND/NOR闪存技术方案。而MLC技术由英特尔在1997年9月开发成功，其目的是让一个浮动栅(Floating Gate)能够表示两个比特位的信息。为了达成这一目的，英特尔采取一种类似于Rambus QRSL的电荷控制技术，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(00、01、10到11)，通过这种虚拟的方式实现存储密度的翻倍。在英特尔之后，东芝公司也开发出类似的MLC方案，并将其用于NAND闪存的生产。然而，MLC存在一些非常严重的先天缺陷。MLC必须以成对的两个比特位作为基本的操作单位，导致其存在功耗较高，使用寿命只有SLC方案的十分之一(MLC闪存的使用寿命只有最多10000次写入)。与之相比，SLC方案虽然存储密度较低，但具有高性能、低能耗和长使用寿命的优势，且可通过技术手段来提升SLC闪存的存储容量。也正是由于这些原因，MLC始终都没有被广泛采用，无论NAND闪存还是NOR闪存，都是以SLC方案为绝对主流。

　　Spansion MirrorBit技术的功能与英特尔的MLC方案非常类似，它也是通过让一个基本存储单元中存储两个比特位，实现容量增倍的目的。但MLC只是利用一个浮动栅，通过精确的电荷控制来实现双比特位的表达，而MirrorBit技术则是在一个浮动栅的两侧分别构建彼此独立的信息位，两者通过非导体硅间隔(MLC为导体硅材料)。这样每个信息位在读取或编程操作时都不会影响到另一侧的信息位，由此在一个存储单元内实现两个比特位信息的存储，相当于记录密度提高了一倍，而所付出的代价就是需要少许增加晶体管内的逻辑单元。在操作模式方面，MirrorBit也明显优于MLC，后者要求以一个浮动栅内的两位比特作为基本操作单位，也就是无论读取、写入、擦除都必须同时涉及这两个比特位，不仅做法僵化且带来高功耗、低性能和低可靠性的弊端；MirrorBit仍然以单个比特作为基本操作单元，浮动栅两侧的信息位不会相互干扰，效果等同于拥有两个浮动栅，因此MirrorBit闪存可具有与SLC相同的低功耗、高性能和高可靠性优点，又能够将存储密度提高一倍，堪称一项完美的解决方案。再者，MirrorBit技术拥有更低的制造成本，其关键制造步骤要比传统的NOR减少40%，总体制造步骤则可以减少10%，这在很大程度上降低了芯片的制造成本。遗憾的是，由于Spansion的半导体制造实力远逊于英特尔，产品制造成本较高，MirrorBit在这方面的优势也无从发挥，这也是在过去两年间英特尔在市场上击败Spansion的主要缘由。

　　早在2004年10月份，Spansion就向外界透露开发第三代MirrorBit技术的口风，它将在第二代MirrorBit的基础上结合MLC技术，这样便可以在一个单元内存储4个比特，再度实现存储密度的大跃进。但此项技术仍然将面临MLC功耗较高，使用寿命不长的弊病，也许正是因为这些问题让Spansion放缓了开发步伐，该公司在2005年的主要革新就是110纳米技术升级为90纳米，并与第二代MirrorBit相结合——1Gb NOR闪存便是上述技术成果的结晶；至于第三代MirrorBit的推出日期Spansion尚未披露。

　　图7 MLC通过4种电平值来实现在一个浮动栅中存储两位信息的目的

　　以MirrorBit为基础的ORNAND闪存

　　2005年9月，Spansion公司在美国奥斯汀宣布开始制造基于MirrorBit技术的ORNAND闪存，正式进入通用闪存市场。由于Spansion过去只有NOR业务，ORNAND闪存的出现将有力拓展Spansion的市场空间，并可从目前高速增长的NAND市场中受益，这一点与三星OneNAND战略如出一辙。

　　与三星OneNAND类似，ORNAND也是NOR与NAND的结合体，具有NOR与NAND一些共同的优势。在基础架构上，Spansion ORNAND秉承第二代MirrorBit技术，通过双信息位的方式实现媲美NAND的高存储密度。而在性能方面，ORNAND表现十分出色，其读取性能与NOR相当，写入速度则比NAND快得多。尤其是突发脉冲(Burst)模式下，写入速度可比现有的NAND产品快出4倍，堪称是目前速度最快的闪存产品。此外，ORNAND具有MirrorBit技术的其他所有优点，如高可靠性、低成本、低功耗等等，相对于NAND闪存的技术优势极其明显。第三，ORNAND拥有NOR和NAND两种接口，OEM厂商可以根据自身需求，采用NOR或者NAND接口将它与系统进行整合。不过，ORNAND与三星OneNAND一样都无法直接支持XIP代码本地执行功能，而是必须通过另外的NOR或者将ORNAND的指令代码下载到DRAM中方可运行。由于ORNAND的读取速度媲美NOR，将指令下载到DRAM运行的方式并不需要耗费太多时间，系统依然可保持快速的启动和较快的响应，因此ORNAND就具有与三星OneNAND类似的功能：既可以存储嵌入式程序的代码，也可以作为数据存储之用。但与OneNAND不同的是，ORNAND并不是作为NOR的替代技术，Spansion只是希望将它与NAND产品竞争，进入到NOR闪存无法踏足的数据存储领域，例如数码相机/摄像机、MP3播放器、数字电视等等。但Spansion表示说将把重点放在嵌入式应用，而暂不考虑进入闪存卡、移动存储器等领域，估计这与该公司无法提供足够的产能有关。

　　在宣布ORNAND闪存进入制造阶段的当日，Spansion公司还演示了一个利用Spansion 1Gb ORNAND闪存以及TI OMAP处理器所组成的手机系统。该套系统仍然采用NOR作为指令代码的存储器件，ORNAND则用于存放用户的图像、音频、视频等多媒体数据。在演示中这套系统可以每秒15帧的速度流畅地播放MPEG4视频，并可支持数码相片的快速存取，整体表现明显优于当前高端娱乐手机普遍采用的NOR+NAND+DRAM方案。Spansion也希望ORNAND能够在这些场合取代NAND闪存，以进一步扩大自己在闪存市场的占有率。换句话说，ORNAND的竞争对象只是NAND，它与NOR更多是一种协作的关系(虽然在技术上ORNAND可以取代NOR)。Spansion现在已经是NOR领域数一数二的重量级大厂，ORNAND采用这样的设计定位就不难理解了。

　　ORNAND能否取得预期的成功很大程度上取决于成本状况。对此Spansion表示说ORNAND的制造成本与同容量的NAND持平甚至略低，该公司先期推出的1Gb ORNAND闪存的价格也与其他厂商的1Gb NAND产品完全相同。由于ORNAND拥有绝对的性能优势，对OEM厂商颇容易产生吸引力。Spansion计划在明年推出2Gb容量的ORNAND闪存以满足市场需求，但外界更关心Spansion能否提供足够多的产能。由于业界对Flash闪存的需求极其旺盛，尽管各半导体厂商都开足马力生产还是无法完全满足需求，对OEM厂商来说，能否按时、足额提供产品往往比产品的性能本身更为重要，像苹果这样的需求大厂为了保证货源都采用预签协议的方式订购，而Spansion在制造方面的实力较为薄弱，直到2005年9月份才开始转向90纳米工艺(晶圆尺寸仍然维持在8英寸规格)，而全部的工艺转换完成必须花费整整一年时间。为解决产能问题，Spansion与台湾省半导体大厂台积电(TSMC)进行合作，由后者为Spansion生产110纳米MirrorBit产品，而Spansion自己的晶圆厂则开足马力制造90纳米的ORNAND和高密度MirrorBit闪存，以满足市场的旺盛需求。

　　图8 MirrorBit闪存的逻辑结构示意，一个浮动栅中拥有两个信息位

　　前瞻：无限广阔的市场前景

　　在旺盛需求的带动下，闪存业一直保持超高增长速度，市场规模急剧扩大。显而易见，诸如数码相机、音乐播放器、娱乐手机、数字电视等等消费电子产品在未来必然将越来越普及，闪存将拥有无限想象的市场空间。为了提高竞争力，各大半导体厂商都会尽一切努力进行新技术的研发，开发出高速度、大容量、高可靠性以及低功耗、低成本的产品成为各个厂商的共同目标，NAND与NOR的融合也被业界普遍认为是未来的趋势。很明显，三星公司和Spansion公司将在这一领域占据主动。而在市场推广方面，三星的OneNAND已走在前面。OneNAND闪存在2004年投入量产到现在，已经获得市场的充分认可。三星公司每个月向各手机制造商出货300万单位的OneNAND闪存芯片，发展势头非常迅猛，这不可避免对NOR闪存厂商带来不小的竞争压力。Spasnsion虽然动作滞后，但在今年实现ORNAND闪存量产之后，同样有望开辟一片新天地，将战火烧到NAND的头上。然而，这仅仅只是开始，OneNAND、ORNAND给闪存业带来何种变革现在言之过早，但对任何一个闪存企业来说，如果不积极开发新技术、提高产品的竞争力，恐怕将很难在激烈的竞争中立足。

　　图9 Spansion出品的512Mb NOR闪存，在容量上领先于竞争对手