NAND Flash持續演進 嵌入式應用漸廣

旺宏電子產品行銷處副處長郭玉蘭。

程式儲存記憶體是嵌入式設備的關鍵零組件之一，旺宏電子產品行銷處副處長郭玉蘭指出，程式儲存的記憶體包括NOR、SLC NAND、eMMC等快閃記憶體(Flash)技術，其中NOR Flash為低容量，當程式容量超過256Mb，一般就會改用SLC NAND Flash，而如果容量需求更大，eMMC就會成為主要應用。

郭玉蘭進一步指出，觀察這幾年的發展，Flash的市場出貨量在過去幾年一路下滑，原因在於過去NOR Flash主要應用於2G Feature phone，當3G Feature phone被智慧型手機取代後，同樣狀況也出現在SLC NAND Flash，隨著智慧手機的儲存需求快速提升，其空間逐漸不敷使用，廠商開始轉用更大容量的eMMC，在此狀況下，SLC NAND Flash的市場量也受到影響。但自2017年起有觸底反彈的跡象，如智慧城市、智慧家庭、物聯網、車聯網等新興應用開始啟動，重新帶動整體NOR Flash以及SLC NAND成長，因此從長期來看，此一市場相當樂觀。

SLC NAND Flash在嵌入式系統中，主要是負責儲存作業軟體、應用程式或部分用戶資料，在整個嵌入式作業系統的演進過程中，過去RTOS(Realtime OS)的內核較小，系統也相對封閉，記憶體多選擇NOR Flash，在介面技術部分，NOR Flash也從過去的並列(Parallel)演進到現在的SPI序列(Serial)，目前NOR Flash主要應用於CodeStorage。

作業系統從RTOS演進到開放性高的Linux時，內核尺寸變大，NOR Flash逐漸不敷使用，因此Linux開始採用NAND Flash，而由於相對於MLC與TLC，SLC的穩定度較高，因此成為此一領域的主流應用，現在整體市場由Linux再走到Android後，換成SLC NAND Flash的容量不足，市場主流再變換為eMMC或UFS。

SLC NAND Flash也有SPI序列(Serial)介面的利基型市場需求，由於SLC Parallel NAND Flash已經是A/D MUX介面，位址和資料共用pin腳，而轉變成SPI NAND並不像SPI NOR Flash形成極大成本誘因。此外，若是將ECC處理單元加在NAND Flash上，反使NAND Flash成本上升，完全沒有成本誘因。

更不利的是在ECC效能部分，NAND flash處理ECC的速度比SoC處理慢3倍以上，再加上SoC處理ECC更能完全掌握NAND Flash健康情況，能依照應用所需，自行決定ECC強度以及何時進行data搬移，更能增加使用壽命。何況SLC NAND的ECC需求變化低也單純小於或等於8-bit ECC，不似MLC/TLC的ECC需求變化快甚至3D NAND要LDPC才能處理。對SoC而言，BCH algorithm處理小於或等於8 bit ECC是很成熟的技術，所以在SLC NAND的ECC處理趨勢，應是由SoC處理才是王道。

郭玉蘭表示，NAND Flash並非完全可用的記憶體，在資料傳輸過程中，會出現大約2%的無效區塊，而即使是好塊，也可能含有錯誤位元，因此這是會需要SoC/MCU、ECC等壞塊管理機制用以修正。她指出不要將NOR閃存體驗應用於NAND Flash，此外NAND Flash在嵌入式系統的應用挑戰中，郭玉蘭有幾個建議，包括ECC的處理必須按照NAND Flash的表單要求，區塊的管理必須保留足夠的安全空間，最後則是在重複寫入時必須特別注意平均損耗，以延長記憶體的穩定度與使用壽命。