ORNAND籍NOR架构挑战NAND NOR, 架构, ORNAND, 挑战

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NOR和NAND闪存是目前广泛应用于消费类电子产品的两种主流闪存器件，由于不同的实现架构和性能，使两者在应用和性能上有着一定的差异。

Spansion公司在2005年9月底于美国奥斯汀宣布了采用该公司MirrorBit技术的ORNAND器件，结合了NOR的高速度和NAND的低成本优势，以进军传统由NAND占领的数据存储应用领域；同时，通过将其Fab 25工厂的工艺由110nm提升至90nm来扩充ORNAND和NOR器件的产能。

“Spansion成功地将MirrorBit技术从110nm升级到90nm具有重要的意义，”Spansion公司总裁和CEO Bertrand Cambou在美国奥斯汀Fab25 90nm工艺升级媒体会上表示，“NOR架构以其高可靠性、高速读取性能和易用性在代码存储和运行应用上得到了广泛应用，同时ORNAND器件可以将MirrorBit技术应用到无线和嵌入式设备中的数据存储领域。”

与NAND相比，ORNAND将具有更高的可靠性，Cambou表示，因为在编程期间对器件氧化层的损害更小，同时，采用90nm工艺的1Gb容量ORNAND的裸片尺寸为81mm2，与Samsung的Gb级NAND尺寸基本相等。

MirrorBit技术增加闪存密度

MirrorBit是Spansion公司推出的一项独特NOR闪存技术，其最大的特点在于可以在单个存储单元中存储两个数据位，从而将每个存储单元的容量扩大了一倍。图1给出了MirrorBit闪存的内部结构图，其通过在每个存储单元的两侧存储存在一定物理距离的两个数据位。

按照Spansion公司奥斯汀工厂运作副总裁Randy Blair的描述，MirrorBit技术较传统的浮栅门NOR相比，其可以减少至少10%的总体制造步骤，而在关键制造步骤上则降低了40%。

在结构上，MirrorBit采用了非导体硅，而Intel的单个单元2比特架构采用了导体硅，同时其他公司技术多采用了多级单元（MLC）架构，以4个层次在单个单元内表示两个比特，或单级单元 (SLC)架构。

Spansion位于美国加州的深亚米开发中心正在进行一项研究，在结合两比特MirrorBit技术和MLC技术方面已取得进展，并可能推出每单元4比特的闪速存储器。

ORNAND闪存保持高读取速度，同时提高数据写入速度

作为Spansion开始大力推广的ONNAND闪存，目标直指目前广泛用于数据存储的NAND闪存产品。

“NAND在近年得以快速发展的主要原因在于数字消费类产品，如数码相机、MP3等应用的扩张，但是闪存的一个重要特性是要使手机等设备能够快速地正常工作，而不仅仅只是一个存储器。”Cambou表示，“Spansion不会进入到以存储卡为主的市场，但致力于嵌入式系统中的存储应用。”

传统上，NOR闪存被认为是存储指令的最佳选择，主要原因在于其具有较NAND更快的数据读出速度，但在数据写入方面则落后于NAND，而NAND将反之，因此被认为更适用于大容量数据存储。同时，在接口上NOR闪存带有SRAM接口，并有足够的地址引脚进行寻址，并可以在其内部直接运行代码。

作为NOR和NAND优势的结合体，Spansion推出了ORNAND闪存器件。

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以ORNAND进入NAND所覆盖的应用领域

最新推出的1Gb ORNAND采用了NOR闪存的并行存储单元架构，同时带有NAND接口。“ORNAND架构改进了典型NOR器件的写入速度性能，同时，在突发脉冲写入速度的指标上较NAND快了4倍，”Cambou在Fab25 90nm升级会议上指出。通过这种方式，ORNAND在保持原有的快速数据读出速率的基础上，同时提高了数据写入的速率，集成了两者的优势，开始与NAND竞争。

在奥斯汀的会议上，Spansion系统工程部的副总裁Robert France演示了一个利用Spansion 1Gb ORNAND闪存以及TI的OMAP处理器组成的手机系统，包括流畅的MPEG4图像播放(每秒15帧)和数字相片的快速存取和读出。在这个系统中，指令代码仍然存放在一块Spansion的XOR闪存芯片上，以ORNAND作为数据存储。ORNAND并不直接支持XIP(现场执行)功能，而是通过另外的NOR或将ORNAND的数据下载到SDRAM来实现。基于其架构，ORNAND可以同时存储代码和数据。

“1Gb的ORNAND闪存在价格上与1Gb的NAND闪存完全相同，”Cambou强调，“与此同时，NOR闪存的应用领域仍然十分巨大。我们将通过提供整体的设计方案为客户服务。” Spansion计划在明年推出2Gb的ORNAND闪存。

以传统的手机应用来看，采用NAND闪存的启动时间可能需要约45秒的时间，“如果用ORNAND闪存就可以实现和NOR一样的速度。”Cambou这样表示。

按照iSuppli等市场调研公司的数据，NAND的市场份额在2005年中期开始与NOR闪存并驾齐驱。在谈及NAND的快速增加趋势时，Cambon表示“这并不重要，因为应用的环境不同，NOR闪存更多地应用在嵌入式系统等非附带(deattached) 应用中。”他以汽车引擎中需要的闪存为例解释了高可靠NOR闪存的重要性，以及ORNAND在汽车导航中的地图数据存储应用。

“嵌入式系统中NOR与NAND并存的情况将会继续维持下去，而Spansion通过ORNAND开始进入NAND的应用领域。”Cambou表示，“同时，Spansion在NOR闪存领域的地位在不断加强。”从业界最近的变化上看，Spansion在NOR领域所处的领先地位确实正在加强，部分半导体厂商开始退出NOR领域。

90nm工艺提高产能

Spansion的最新一代ORNAND和NOR产品开始采用位于美国奥斯汀的Fab 25工厂中的MirrorBit 90nm工艺。

按照Fab25工厂运行副总裁Randy Blair的介绍，Spansion目前在美国奥斯汀有一座晶圆厂，即Fab 25，在日本有三座。其中，Fab 25将从今年9月开始由110nm工艺升级到90nm，并在2006年9月全部转至90nm工艺批量生产，晶圆尺寸仍然维持为8英寸。同时，65nm工艺的升级也正在Fab 25的发展规划之中，并在今年开始策划。而位于日本的一座晶圆厂将在2007年转向12英寸65nm工艺。

“在未来的发展方向上，Spansion将把ORNAND产品和MirrorBit产品列为首位和第二位产品，”Blair透露，“浮动门NOR闪存将是第三位。”

与此同时，Spansion已与位于台湾的TSMC签署协议，TSMC将把Spansion 110nm MirrorBit技术引入专门用于Spansion产品的生产线中，并在2006年第二季度进入量产阶段，包括Spansion的GL、PL、WS系列无线产品和GL系列嵌入式产品。

从两种闪存器件工艺技术的进展上看，“目前NOR闪存的最先进工艺是90nm，明年将进入到65nm，NAND目前最先进的工艺技术是70nm。”Cambon分析到。两者在工艺技术上基本处于同一水平。

对于闪存产品来说，在90nm工艺条件下，如何实现通过10至12V对器件进行编程是个很大的挑战：一方面当工艺尺寸减小时节点的耐压性相对降低；另一方面将体现在如何将电荷在绝缘层同样变薄的情况下保存长达20年的时间。在闪存制造业中，耐久性和可靠性是保证闪存器件质量的关键。

作者：张毓波