介紹NAND、eMMC、UFS、eMCP、uMCP、DDR、LPDDR及存儲(chǔ)器和內(nèi)存區(qū)別

NAND Flash全名為Flash Memory，屬于非易失性存儲(chǔ)設(shè)備(Non-volatile Memory Device)，基于浮柵(Floating Gate)晶體管設(shè)計(jì)，通過浮柵來鎖存電荷，由于浮柵是電隔離的，所以即使在去除電壓之后，到達(dá)柵極的電子也會(huì)被捕獲。這就是閃存非易失性的原理所在。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在這類設(shè)備中，即使斷電也不會(huì)丟失。

根據(jù)不同的納米技術(shù)，NAND Flash已經(jīng)歷了從SLC向MLC，再向TLC的過渡，正在向QLC邁進(jìn)。NAND Flash憑借容量大、寫入速度快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于eMMC/eMCP，U盤，SSD、汽車、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

SLC（英文全稱(Single-Level Cell——SLC)即單層式儲(chǔ)存：SLC技術(shù)特點(diǎn)是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)通過對(duì)浮置閘極的電荷加電壓，然后透過源極，即可將所儲(chǔ)存的電荷消除，通過這樣的方式，便可儲(chǔ)存1個(gè)信息單元，即1bit/cell，速度快壽命最長，價(jià)格貴（約MLC 3倍以上的價(jià)格），約10萬次擦寫壽命。

MLC（英文全稱Multi-Level Cell——MLC)即多層式儲(chǔ)存：英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功MLC，其作用是將兩個(gè)單位的信息存入一個(gè)Floating Gate（閃存存儲(chǔ)單元中存放電荷的部分），然后利用不同電位（Level）的電荷，通過內(nèi)存儲(chǔ)存的電壓控制精準(zhǔn)讀寫。

即2bit/cell，速度一般壽命一般，價(jià)格一般，約3000---1萬次擦寫壽命。MLC通過使用大量的電壓等級(jí)，每個(gè)單元儲(chǔ)存兩位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)密度比較大，可以一次儲(chǔ)存4個(gè)以上的值，因此，MLC架構(gòu)可以有比較好的儲(chǔ)存密度。TLC（英文全稱Trinary-Level Cell）即三層式儲(chǔ)存

TLC即3bit per cell，每個(gè)單元可以存放比MLC多1/2的數(shù)據(jù)，共八個(gè)充電值，即3bit/cell，也有Flash廠家叫8LC，所需訪問時(shí)間更長，因此傳輸速度更慢。TLC優(yōu)勢價(jià)格便宜，每百萬字節(jié)生產(chǎn)成本是最低的，價(jià)格便宜，但是壽命短，只有約1000次擦寫壽命。

QLC（英文全稱Quadruple-Level Cell）四層存儲(chǔ)單元：全稱是Quad-Level Cell，四層式存儲(chǔ)單元，即4bits/cell。QLC閃存顆粒擁有比TLC更高的存儲(chǔ)密度，同時(shí)成本上相比TLC更低，優(yōu)勢就是可以將容量做的更大，成本壓縮得更低，劣勢就是壽命更短，理論擦寫次數(shù)僅150次。

不難看出，四種類型的NAND閃存顆粒性能各有不同。SLC單位容量的成本相對(duì)于其他類型NAND閃存顆粒成本更高，但其數(shù)據(jù)保留時(shí)間更長、讀取速度更快；QLC擁有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、壽命短等缺點(diǎn)，仍有待后續(xù)發(fā)展。從生產(chǎn)成本、讀寫速度和使用壽命三方面來看，四類的排序都是：SLC>MLC>TLC>QLC；

目前主流的解決方案為MLC與TLC。SLC主要針對(duì)軍工，企業(yè)級(jí)應(yīng)用，有著高速寫入，低出錯(cuò)率，長耐久度特性。MLC主要針對(duì)消費(fèi)級(jí)應(yīng)用，容量高于SLC 2倍，低成本，適合USB閃盤，手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)等儲(chǔ)存卡，如今也被大量用于消費(fèi)級(jí)固態(tài)硬盤上。

而NAND閃存根據(jù)對(duì)應(yīng)不同的空間結(jié)構(gòu)來看，這四類技術(shù)可又分為2D結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩大類，浮柵晶體管是主要用于2D FLASH，3D flash主要采用的是CT晶體管，浮柵是半導(dǎo)體，CT是絕緣體，二者在本質(zhì)和原理上就有區(qū)別。其區(qū)別在于：

2D結(jié)構(gòu)NAND Flash：2D結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元僅布置在芯片的XY平面中，因而使用2D閃存技術(shù)在同一晶圓中實(shí)現(xiàn)更高密度的唯一方法就是縮小制程工藝節(jié)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是，對(duì)于較小的節(jié)點(diǎn)，NAND閃存中的錯(cuò)誤更為頻繁；另外，可以使用的最小制程工藝節(jié)點(diǎn)存在限制，存儲(chǔ)密度不高。

3D結(jié)構(gòu)NAND Flash：為了提高存儲(chǔ)密度，制造商開發(fā)了3D NAND或V-NAND（垂直NAND）技術(shù)，該技術(shù)將Z平面中的存儲(chǔ)單元堆疊在同一晶圓上。在3D NAND閃存中，存儲(chǔ)器單元作為垂直串連接而不是2D NAND中的水平串，以這種方式構(gòu)建有助于為相同的芯片區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高位密度。第一批3D Flash產(chǎn)品有24層。

Nand Flash的加工過程：NAND Flash是從原始的硅材料加工出來的，硅材料被加工成晶圓(Wafer)，一般分為6英寸、8英寸、12英寸規(guī)格不等，晶片就是基于這個(gè)wafer上生產(chǎn)出來的，一片晶圓可以切割出多少晶片是根據(jù)die的大小和wafer的大小以及良率來決定的，通常情況下，一片晶圓上可以做出幾百顆NAND FLASH芯片。

芯片未封裝前的晶粒成為Die，它是從Wafer上用激光切割而成的小片，每個(gè)Die就是一個(gè)獨(dú)立的功能芯片，它由無數(shù)個(gè)晶體管電路組成，但最終可被作為一個(gè)單位封裝起來成為閃存顆粒芯片。

一片載有NAND Flash晶圓的wafer，wafer首先經(jīng)過切割，然后測試，測試通過后，再進(jìn)行切割、封裝，封裝完成后會(huì)再次進(jìn)行一道檢測。將完好的、穩(wěn)定的、足容量的die取下，封裝形成日常所見的Nand 。

在wafer上剩余的，要么就是不穩(wěn)定、要么就是部分損壞所以不足容量，或者是完全損壞。原廠考慮到質(zhì)量保證，會(huì)將這種die宣布死亡，嚴(yán)格定義為廢品全部報(bào)廢處理。

合格的Flash Die原廠封裝工廠會(huì)根據(jù)需要封裝成eMMC、TSOP、BGA、LGA等產(chǎn)品，但封裝的時(shí)候也有不良，或者性能不達(dá)標(biāo)，這些Flash顆粒會(huì)再次被過濾掉，通過嚴(yán)格的測試確保產(chǎn)品的品質(zhì)。

閃存顆粒制造廠商主要以三星(Samsung)、SK海力士（Hynix）、美光（Micron）、鎧俠（原Toshiba）、Intel、閃迪（Sandisk）等為代表的幾大廠商。在國外NAND Flash主導(dǎo)市場的現(xiàn)狀下，中國NAND Flash廠商長江存儲(chǔ)（YMTC）異軍突起在市場中占據(jù)一席之地，其推出的128層3D NAND在2020年第1季將128層3D NAND樣品送交存儲(chǔ)控制器廠商，目標(biāo)第3季進(jìn)入投片、量產(chǎn)，擬用于UFS、SSD等各類終端產(chǎn)品，并同時(shí)出貨給模塊廠，包含TLC以及QLC產(chǎn)品，以擴(kuò)大客戶基礎(chǔ)。