[蓝]谈闪存十六年来的发展过程

2010-08-28 10:45:15来源:西部e网作者:

  经过16年的发展,闪存(flash memory)作为存储数据和应用程序的部件,广泛应用于移动电话、工业设备以及数码产品等。这几年,它在USB stick上的应用也日益增多。那么闪存的历史发展是如何的呢?目前的市场情况如何?有没有可替代品?本文将针对以下问题,与读者共同探讨。

  闪存的发展历史

  在1984年,东芝公司的发明人Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器(此处简称闪存)的概念。与传统电脑内存不同,闪存的特点是非易失性(也就是所存储的数据在主机掉电后不会丢失),其记录速度也非常快。

  Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年,公司推出了一款256K bit闪存芯片。它如同鞋盒一样大小,并被内嵌于一个录音机里。后来,Intel发明的这类闪存被统称为NOR闪存。它结合EPROM(可擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术,并拥有一个SRAM接口。

  第二种闪存称为NAND闪存。它由日立公司于1989年研制,并被认为是NOR闪存的理想替代者。NAND闪存的写周期比NOR闪存短十倍,它的保存与删除处理的速度也相对较快。NAND的存储单元只有NOR的一半,在更小的存储空间中NAND获得了更好的性能。鉴于NAND出色的表现,它常常被应用于诸如CompactFlash、SmartMedia、 SD、 MMC、 xD、 and PC cards、USB sticks等存储卡上。

  闪存的市场现状

  目前的闪存市场仍属于群雄争霸的末成熟时期。三星、日立、Spansion和Intel是这个市场的四大生产商。

  由于战略上的一些错误,Intel在去年第一次让出了它的榜首座椅,下落至三星、日立和Spansion之后。从今年第二季度起,Intel成功得走出低谷,利润收益明显上升。

  AMD闪存业务部门Spansion同时生产NAND和NOR闪存。它上半年的NOR闪存产量几乎与Intel持平,成为NOR闪存的最大制造商。该公司在上半年赢利为13亿美元,几乎是它整个公司利润额(25亿美元)的一半以上。

  总体而言,Intel和AMD在上半年成绩喜人,但三星和日立却遭受挫折。

  据市场调研公司iSuppli所做的估计,今年全球的闪存收益将达到166亿美元,比2003年(116.4亿美元)上涨46%。消息者对数码相机、USB sticks和压缩式MP3播放器内存的需求将极大推动闪存的销售。据预测,2005年闪存的销售额将达到175亿美元。不过,iSuppli估计,2005年至2008年闪存的利润增涨将有所回落,最高将达224亿美元。

  新的替代品是否可能?

  与许多寿命短小的信息技术相比,闪存以其16年的发展历程,充分显示了其“老前辈”的作风。九十年代初,闪存才初入市场;至2000年,利益额已突破十亿美元。英飞凌科技闪存部门主任,彼得曾说:“就闪存的生命周期而言,我们仍处于一个上升的阶段。”英飞凌相信,闪存的销售仍具有上升空间,并在酝酿加入对该市场的投入。英飞凌在今年初宣布,其位于德累斯顿的200毫米DRAM工厂已经开始生产512Mb NAND兼容闪存芯片。到2004年底,英飞凌公司计划采用170纳米制造工艺,每月制造超过10,000片晶圆。而2007年,该公司更希望在NAND市场成为前三甲。

  此外,Intel技术与制造集团副总载Stefan Lai认为,在2008年之前,闪存将不可替代。2006年,Intel将首先采用65纳米技术;到2008年,目前正在研发的新一代45纳米技术将有望投放市场。Stefan Lai觉得,目前的预测仍然比较浅显,或许32纳米、22纳米技术完全有可能实现。但Stefan Lai也承认,2008年至2010年,新的技术可能会取而代之。

  尽管对闪存替代品的讨论越来越激励,闪存仍然受到市场的重视。未来的替代品不仅必须是类似闪存一样的非易失性存储器,而且在速度和写周期上略胜一筹。此外,生产成本也应该相对低廉。由于现在制造技术还不成熟,新的替代品不会对闪存构成绝对的威胁。下面就让我们来认识一下几种可能的替代产品:

  Nanocrystals(纳米晶体)

  摩托罗拉的半导体部门Freescale正在研制一种增加闪存生命周期的产品。这种产品以硅纳米晶体(Silicon Nanocrystals)为介质,用硅原子栅格代替了半导体内部的固态层。纳米晶体不是一个全新的存储技术。它只是对闪存的一种改进,使它更易扩展。它的生产成本可以比原来低大约10-15%,生产过程更加简单。它的性能与可靠性都能够与目前的闪存相媲美。

  摩托罗拉花了十年时间研发这种技术,并打算大规模生产此类产品。去年六月,该公司已经成功地使用此技术推出了一款此类芯片。硅纳米晶体芯片预计会在2006年全面投放市场。

  MRAM(Magnetic RAM磁荷随机存储器)

  MRAM磁荷随机存储器是由英飞凌与Freescale两家公司研发的一种利用磁荷来储存数据的存介质。MRAM的写次数很高,访问速度也比闪存大大增强。根据计算,写MRAM芯片上1bit的时间要比写闪存的时间短一百万倍。

  两家公司都认为,MRAM不仅将是闪存的理想替代品,也是DRAM与SRAM的强有力竞争者。今年六月,英飞凌已将自己的第一款产品投放市场。与此同时,Freescale也正在加紧研发,力争在明年推出4M bit芯片。

  但是,一些评论者担心MRAM是否能达到闪存存储单元的尺寸。根据英飞凌的报告,目前闪存存储单元的尺寸为0.1µm²,而16M bit MRAM芯片仅达到1.42 µm²。另外,MRAM的生产成本也是个不小的问题。

  OUM(Ovonic Unified Memory Ovonyx标准化内存)

  OUM是由Intel研发的,利用Ge、Sb与Te等化合物为材料制成的薄膜。OUM。OUM的写、删除和读的功能与CD-RW与DVD-RW相似。但CD/DVD使用激光来加热和改变称为硫系化合物(chalcogenides)的材料;而OUM则通过电晶体控制电源,使其产生相变方式来储存资料。

  OUM的擦写次数为10的12次方,100次数据访问时间平均为200纳秒。OUM的速度比闪存要快。尽管OUM比MRAM的数据访问时间要慢,但是低廉的成本却是OUM的致胜法宝。

  与MRAM不同,OUM的发展仍处于初期。尽管已制成测试芯片,它们仅仅能用来确认概念而不是说明该技术的可行性。Intel在过去四年一直致力于OUM的研发,并正在努力扩大该市场。

  总结

  除了上文提到的MRAM和OUM,其它可替代的产品还有FRAM (FeRAM), Polymer memory (PFRAM), PCRAM, Conductive Bridge RAM (CBRAM), Organic RAM (ORAM)以及最近的Nanotube RAM (NRAM)。目前替代闪存的产品有许多,但是哪条路能够成功,以及何时成功仍然值得怀疑。

  对大多数公司而言,闪存仍是一个理想的投资。不少公司已决定加大对闪存的投资额。此外,据估计,到2004年,闪存总产值将与DRAM并驾齐驱,到2006年将超越DRAM产品。因为,在期待新一代产品的同时,我们也不应该忽视目前已有的市场。

关键词:闪存

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