東芝：閃存從問世到未來

　　上世紀八十年代，東芝發明了閃存。NOR閃存問世較早，而現在應用更廣泛的則是稍晚些時候出現的NAND型閃存。他們之間有什麼區别，NOR閃存現在還存在嗎?

　　NOR閃存

　　相比NAND的閃存，NOR閃存的容量偏小，但是讀取速度很快，但是寫入和擦除的速度偏慢。

　　NOR閃存允許随機存取存儲器上的任何區域，可以支持XIR(eXecute In Place)片内執行，在一些簡單功能的設備當中，代碼可以無需事先加載到DRAM内存，而是直接在NOR閃存内執行，正是由于這個特别的優勢，現在NOR目前并沒有因為容量上的劣勢而消失。

　　除了主闆BIOS之外，電腦當中的NOR閃存還存在于一些早期型号的固态硬盤當中。下圖當中紅色圈内的就是一顆SPI接口的NOR閃存，主要用于存儲固态硬盤的固件。黃色圈内的則是東芝NAND型閃存顆粒，是固态硬盤的數據存儲部件。

　　NAND閃存

　　1989年，東芝公司發表了NAND閃存結構，每比特的成本降低的同時擁有更高的性能，擦除壽命也比NOR閃存高出很多。

　　不過NAND閃存的I/O接口沒有可供随機存取的外部地址總線，它必須以區塊性的方式進行讀取，相對更高的錯誤率也需要ECC糾錯引擎的幫助，這些特點使得NAND閃存不能直接與CPU通信，而是需要有特定的控制器，也就是我們在固态硬盤當中見到的主控。下圖是東芝TR200固态硬盤的TC58NC1010GSB主控芯片：

　　在很長的一段時間裡，閃存和CPU一樣利用制程微縮不斷發展，同時還依靠SLC、MLC到TLC的方式增加存儲密度，提升閃存容量并降低成本。從數碼相機、存儲卡擴展到更大容量的固态硬盤，逐漸普及到每一台家用電腦。下圖是東芝在2007年使用56nm工藝制造的8Gb NAND閃存。

　　直到在1x nm工藝時陷入瓶頸，由于尺寸的縮小，閃存單元浮栅層當中能夠容納的電子數量降低到了一個危險的水平，使得存儲在閃存當中的數據更加容易出錯。同時，由于隧道氧化層不斷變薄，閃存的擦寫壽命也下降了。

　　早在2007年，作為閃存世界的，東芝就預見到了這種情況，并宣布了全球三維閃存技術(東芝存儲器官網介紹)，也就是現在的BiCS Flash。

　　BiCS Flash使用Charge Trap取代了2D時代的Floating Gate結構，并将其改造為可在垂直方向堆疊的形态。

　　BiCS三維閃存的問世使得閃存發展重新充滿了生機，更大的存儲單元體積能夠容納更多的電子，閃存的耐久度以及可靠性得到大幅的提升。

　　提升閃存單元在垂直方向的堆疊層數，即可擴展BiCS閃存的存儲密度。

　　同時，BiCS三維閃存也可以像過去2D平面閃存那樣将多個閃存芯片堆疊起來封裝到同一個顆粒當中，實現更高的閃存容量。

　　為降低幹擾，東芝還率先在3D閃存當中應用先進的TSV矽通孔技術取代過去引線鍵合工藝，提高了閃存的可靠性。

　　除了BiCS三維閃存之外，東芝還在今年宣布了3D XL高性能閃存，通過使用更短的位線和字線，并設計更多的Plane平面來實現将閃存延遲降低十倍的目标，滿足未來企業級高性能計算對于閃存的需求。