快閃記憶體於消費嵌入式系統之應用趨勢

旺宏電子產品行銷經理　周志鴻

旺宏電子為世界級非揮發性記憶體領導廠商，主要生產NOR Flash(快閃記憶體)和ROM(唯讀記憶體)，其中Serial NOR Flash及ROM之全球市佔率皆為第1。

快閃記憶體屬於非揮發式記憶體，亦即關閉電源後，資料仍能保存。在應用上，一般分為可作為程式碼儲存的NOR Flash，以及資料儲存之用的NAND Flash。一直以來，是快閃記憶體以浮動閘(floating gate)為主要技術，不過隨著製程微縮到20奈米以下遭遇的物理極限，業者已積極採取新一代技術的研發，像是SONOS和PCM(相變記憶體)技術，同時亦將傳統的平面式架構朝向垂直式和3D記憶體發展，以增加容量密度。

浮動閘技術主導了過去30年來非揮發記憶體的發展，現在我們正朝電荷捕捉(charge trapping)技術移轉，旺宏也投入了相當多的研發資源在開發新一代的非揮發記憶體技術，相信這將會是整個產業的典範移轉。

此外，針對新興的非揮發記憶體技術，還有FeRAM、MRAM、RRAM等不同技術的開發，旺宏也持續關注各項技術開發之狀況。

根據Webfeet於2010年10月公布的統計數據，在各類NOR Flash在行動電話的使用中，近幾年來序列(serial)快閃記憶體的成長非常快速。對於成本敏感的手機市場來說，採用低功率的序列快閃記憶體有許多好處。首先，它能降低整個系統的BOM成本，並簡化PCB設計。同時還能減少系統雜訊、EMI、以及功耗。由於序列快閃記憶具簡易指令集，接腳數較低，因此能大幅簡化讀取介面以及整個系統的設計工作。

我們預估，從2011至2014年，序列快閃記憶體在手機市場的年複合成長率可望達到63%，優於整體NOR Flash市場的表現。

序列快閃記憶體有3V、2.5V、和1.8V等不同的電壓設計。其中，1.8V因可符合行動應用對延長電池壽命的需求，因此未來應用於手持式裝置，尤其是手機市場的成長力道將更為顯著。而2.5V元件，可因應智慧電表等新興應用的需求，是預期將快速成長的另一個區塊。

NOR Flash的應用主要有XIP(execute-in-place)和儲存下載SnD(Store and Download)2種方式。在XIP設計上，Flash是直接與CPU相連，採平行式設計，具多個I/O。而SnD的設計，則是透過系統匯流排，將Flash中的程式碼先下載到DRAM中，再由CPU至DRAM去存取，Flash並不直接與CPU相連，這時就可採用序列式快閃記憶體，減少I/O，簡化整個PCB的設計。

雖然序列快閃記憶體僅有1至4個I/O，不像平行記憶體有8~16個I/O，但透過採用雙倍傳輸速率(DTR)和提升時脈速度等設計方式，亦能提升整體的資料處理能力。就4個I/O DTR的波形來看，透過在上升沿(rising edge)和下降沿(falling edge)都有資料輸出的方式，可以顯著提升其讀取效能。

若與16線、25ns的page mode平行快閃記憶體相比，我們只需採用4x104MHz的序列快閃記憶體就能達到相當的資料傳輸率，若再採用具4x2x75MHz DTR設計的序列快閃記憶體，最高還能達到600Mbps(4x2x75MHz)的效能。因此，目前機上盒、電視、WiMAX、光碟機等多項產品都已經大幅度地轉換到序列快閃記憶體的設計。

旺宏的序列快閃記憶體可為低功率應用帶來高效能，其特有加強的四元週邊介面(Quad Peripheral Interface)模式不僅在儲存下載SnD(Store and Download)速度上可超越平行快閃記憶體，更可支援XIP功能，亦具相同效能。

旺宏擁有完整的3V、2.5V、和1.8V序列快閃記憶體產品。3V的MX25L容量從512Kb至256Mb，其低階產品已廣泛用在網路攝影機和硬碟機等應用，此外3V系列亦有具多I/O和DTR功能的64Mb和128Mb產品。在2.5V方面，有容量涵蓋512Kb至16Mb的MX25V系列，具多重I/O。

而1.8V的MX25U系列，則有4Mb至128Mb容量，於4個I/O模式操作，每個I/O速度達104MHz。目前主要是以8Mb至64Mb的產品為主，適用於如行動電話、泛歐式數位無線電話、藍牙、全球定位系統、可攜式裝置以及各種與節能有關的嵌入式應用產品。

此系列資料傳輸率可達416Mbps，運轉效能甚至高於並行記憶體的page-mode。而該產品也提供8/16/32/64-byte長度的 wrap-around 模式，讓使用者可以直接從快閃記憶體執行而無需快取緩衝區。除了高讀取速度，同時也支援寫入暫停？恢復(Write Suspend/ Resume)的功能，有助於手機類產品的應用。此產品系列採取旺宏電子新1.8V浮動閘極(floating gate)技術，提供高效能、低功耗以及100K次寫入/抹除耐受度等產品優勢。