铠侠代理商 | KIOXIA SLC闪存选型和应用

一、铠侠（KIOXIA）的SLC闪存系列

铠侠SLC NAND可以高速写入大量数据，具有高的擦写次数耐久性和可靠性的1位/单元非易失性存储器。铠侠SLC NAND闪存产品系列具有多种容量和封装形式的选择，可满足嵌入式市场的不同需求。

铠侠的SLC NAND闪存分为RAW和BENAND™两大系列，两者都是基于24nm制程的单层存储单元SLC Nand闪存，芯片引脚和接口兼容。BENAND系列闪存内置一个8位/528字节纠错能力的ECC(512B主字段+16B备用字段)，消除了主控芯片端的ECC负担。

图1：集成ECC功能的闪存芯片，速度有所下降

如上图所示，铠侠的BENAND系列芯片与SLC NAND系列硬件接口兼容，由于加入了ECC错误校正硬件电路，存储芯片的数据读取性能指标略有下降，而且芯片的制造成本有所增加。

铠侠SLC NAND闪存芯片具备高的擦写次数耐久性和可靠性，容量范围涵盖1Gb~16Gb，包含多种工作电压、工作温度和封装。具体型号规格如下表所示：

图2：KIOXIA SLC NAND闪存芯片系列

铠侠BENAND™系列内置ECC的SLC NAND闪存。BENAND™系列的RAW SLC NAND系列闪存的接口兼容，内置ECC硬件功能，消除了主控的ECC负担，容量覆盖1Gb~8Gb。具体型号规格如下表所示：

图3：KIOXIA BENAND闪存芯片系列

在对价格敏感和大容量存储需求的市场，会倾向于采用更经济的TLC和QLC类型的Nand闪存，但是SLC NAND闪存仍然是整个闪存市场不可分割的组成部分，它的高耐久性使其非常适合用于各种对于可靠性和寿命要求非常高的消费类和工业应用。

图4：SLC闪存芯片的主要应用领域

为了让大家更好地体验到铠侠BENAND系列闪存芯片带来的优越性能，芯智云城 TC58BVG1S3HTA00（2Gb+ECC，规格书下载）秒杀让利活动正在火热进行中，如有需求请咨询芯智云城客服。

二、Flash闪存技术发展

1967年，贝尔实验室的姜大元和施敏于发明的“浮栅晶体管”，1971年英特尔工程师多夫.弗罗曼基于浮栅晶体管发明了紫外线可擦除的EPROM，1977年美国休斯公司工程师发明电擦除EEPROM，1980年东芝公司的舛冈富士雄发明了相邻浮栅晶体管并联的NOR（或非）存储芯片，并于1987年迭代出线路精简的浮栅晶体管串联式NAND（与非）闪存，相同晶圆面积的存储密度可以提升2.5倍，成本大幅降低。

图5：浮栅晶体管是闪存芯片的技术基础

东芝公司带来的Nand Flash新结构，强调降低每比特的成本的同时带来更高的性能。因此Nand Flash没有沿用内存的随机读取技术，而是采用一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，同时内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。

图6：不同类型NAND Flash差异

NAND闪存根据密度差异，目前常见的闪存颗粒主要分为SLC、MLC、TLC、QLC四种类型，其中SLC又称为单层式储存 ，即每单元存储可1bit信息（1bit/cell），SLC的擦写寿命是5种颗粒中最长的，能够达到约10万次，读写速度最快、读写数据最精确、质量最好同时造价也是最贵的颗粒。产品应用于消费电子、物联网、汽车、工业、通信和其他相关的高可靠性要求行业。

三、闪存ECC纠错技术

由于电路结构上的差异，NAND闪存工作中发生位翻转（一个bit位发生翻转）现象的几率要比NOR闪存要大很多，可能因素如下：

（1）制造缺陷导致的存储单元不稳定；

（2）读写操作次数增加，存储单元退化，出错几率提升；

（3）温度、湿度和电磁干扰等环境因素可能导致数据错误；

图7：ECC纠错原理

而存储芯片的数据完整性和可靠性至关重要，当重要文件数据出现错误后会给系统带来灾难性的影响，而ECC（错误校正码）技术可以有效地解决这一问题。因此在使用NANDFlash时，通常都需要增加ECC纠错算法。常用的编码技术包括汉明码、BCH和LDPC：

（1）汉明码：性能不高，只需极少的硬件电路（5级异或门）就能实现。

（2）BCH ：早期纠错码，具备80bit/1024字节的纠错能力，数据存储和通讯协议中。

（3）LDPC：在低信噪比环境下接近香农极限性能，ECC纠错能力是BCH码的三倍以上，成为bit级的主流纠错码，应用广泛。

SLC闪存可靠性高，因此对于处理器/控制器的ECC纠错能力要求非常低，通常只需要4/8bit纠错即可满足高耐久度运用的需要，简单的汉明码即可满足。而MLC闪存通常需要40bit以上ECC能力，通常使用BCH编码。而TLC闪存需要120bit以上的ECC能力，必须要用LDPC编码才能取得较好的效果。

在诸如工控和智能穿戴等设备上，他们对存储容量要求不高，但是对实时性、可靠性和稳定性的要求高。而且通常这些设备的处理器并不像PC那样具备充裕的计算能力去实现复杂的ECC纠错算法，此时就建议选用具备ECC功能的SLC闪存，这样ECC纠错由闪存硬件自身完成，主机端只要做好坏块管理、磨损均衡和垃圾回收这些简单功能。

图8：集成ECC功能的闪存芯片对控制器更友好

将ECC集成到NAND闪存上，具备了直接由存储器芯片自身管理ECC，有效地简化了系统设计，但带来的代价是存储芯片硬件成本提升和读取性能下降，不过由于SLC Nand闪存本身的数据读写速度很快，ECC技术在SLC颗粒中的应用主要是确保数据存储和读写的准确性，对性能的影响微乎其微。

四、小结：

调研机构QYResearch的统计数据，2022年全球SLC NAND闪存市场规模预计在23.6亿美元。诸如工业、医疗、汽车、通信和军事等高可靠性和高性能存储需求，推动了SLC NAND Flash的市场。未来随着物联网和边缘计算的普及，对高性能、低功耗、低延迟和高可靠性存储解决方案的需求会有所增加。

铠侠（KIOXIA）前身东芝存储器集团2017年从东芝公司剥离，成为全球存储器解决方案领导者，致力于开发、生产和销售闪存及固态硬盘(SSD)。铠侠创新的3D闪存技术BiCS FLASH™，正在塑造诸多高密度应用的未来存储方式，其中包括高级智能手机、PC、SSD、汽车和数据中心等。KIOXIA的SLC高性能闪存产品系列，也是业界品质和性能的代表，广泛应用于各类高性能电子设备中。

想了解更多铠侠产品资讯，欢迎访问芯智雲城~