FLASH根据内部存储结构的不同,闪存可分为NOR闪存和NAND闪存两种。
| 对比维度 | NOR闪存 | NAND闪存 |
|---|---|---|
| 访问方式 | 像访问SDRAM一样,可根据数据/地址总线直接访问 | 只有8/16/32位总线,需将长地址分部分传入才能访问 |
| 最小读取单位 | 1 bit | 1 byte |
| 适用场景 | 存储容量小的场景,可运行程序(多用于程序代码存储) | 适用于大容量的场景,不可运行程序 |
| 擦写单位 | 按 bit 擦写 | 按 块/页 擦写 |
| 坏块情况 | 极少出现坏块,可靠性高 | 相对容易出现坏块 |
| 擦写次数 | 相对NAND较低 | 相对NOR较高 |
| 写入速率 | 相对低 | 相对高 |
| 读取速率 | 与NAND相差不大 | 与NOR相差不大 |
| 物理原理 | 热电子注入效应(高压沟道雪崩击穿注入电子流) | F-N隧道效应(P/N结半导体导电特性) |
Nand Flash相比其余的几种flash优势在于可擦写次数多,擦写速度快,但是在使用以及使用过程中会出现坏块因此需要做特殊处理才可以使用。其主要用于数据存储,大部分U盘都是Nand Flash。
Nand和Nor的使用寿命,块擦除的速度,数据存储的出错几率等,都有很大区别。
目前市面上常见的集成存储芯片类型:SSD、eMMC、UFS、SPI-NandFlash、SPI-NorFlash、QSPI-NorFlash、各尺寸的SD卡等。
| 存储类型 | 所属类别 | 核心区别 |
|---|---|---|
| SPI Flash (通常指SPI NOR) | NOR Flash | 接口+类型: 使用SPI串行接口的NOR Flash,管脚少、封装小,常用于存储启动代码。 |
| QSPI Flash | NOR Flash | 接口升级: 在SPI基础上增加了两根数据线,实现了四线(Quad)传输,大幅提高了读取速度。常用于需要更快代码执行速度的场景。 |
| SPI NAND Flash | NAND Flash | 接口跨界: 本质是NAND Flash,却使用了SPI接口。目的是为了利用NAND的大容量优势,同时简化主控芯片的接口设计。 |
| eMMC | NAND Flash | 集成化方案: 内部是NAND Flash颗粒,但集成了主控芯片和标准接口(MMC协议)。手机厂商可以直接使用,无需操心底层NAND管理,简化开发。数据传输是并行、半双工的。 |
| UFS | NAND Flash | 高性能标准: 同样是NAND Flash+主控的集成方案,但采用串行、全双工数据传输,读写可以同时进行,速度远超eMMC。是当前旗舰手机的主流存储标准。 |
| SD卡 | NAND Flash | 可移动存储: 内部的存储核心是NAND Flash颗粒,外部包裹了控制芯片和标准化接口(SD协议),作为可插拔的外部存储设备使用。 |
简单来说,这些名词代表了不同层面的概念:
底层存储核心: NOR Flash 和 NAND Flash 是两种最根本的存储技术。
接口协议: SPI 和 QSPI 指的是芯片与外界通信的“对话方式”。一个NOR Flash芯片通常使用SPI或QSPI接口;而NAND Flash也有自己遵循的接口标准。
封装与集成: eMMC、UFS 和 SD卡 则是解决方案。它们内部都使用了NAND Flash颗粒,但与主控芯片、接口标准整合在一起,形成了功能更完整的存储模块或设备。你可以想象,eMMC/UFS就像一个自带管理团队的“小区”(高度集成在设备主板上),而SD卡则是一个可以“拎包入住”的“活动房”(可插拔)。
当前Nand Flash存储颗粒实现技术角度看,主要分类:SLC、MLC、TLC、QLC。由于NAND Flash 因其高存储密度和较低成本,是大容量数据存储的首选,主要用于固态硬盘(SSD)、U盘、手机存储等设备。
单位存储单元下数据存储密度:(一个存储单元要表示的数据类型)
| 颗粒类型 | 全称 | 每单元存储位数 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| SLC | Single-Level Cell | 1 bit | 性能最好、寿命最长(擦写约10万次),但成本最高、容量最小。多用于企业级、工业等高可靠性场景。 |
| MLC | Multi-Level Cell | 2 bits | 性能、寿命、成本相对均衡(擦写约1万次),早期常见于高端消费级产品。 |
| TLC | Trinary-Level Cell | 3 bits | 目前主流,在容量和成本间取得平衡(擦写约1000-3000次),被广泛用于各类消费级SSD。 |
| QLC | Quad-Level Cell | 4 bits | 容量最大、成本最低,但寿命较短(擦写约1000次),适合大容量、读取多的场景,如数据仓库。 |
简单来说,从 SLC 到 QLC,是一个用性能寿命换容量成本的过程,而它们都属于NAND Flash这个大家庭。
SRAM,全称Static Random Access Memory,即静态随机存取存储器,是一种重要的半导体存储器类型。与DRAM(动态随机存取存储器)不同,SRAM不需要定期刷新来保持数据,因为它使用了双稳态触发器来存储每个比特的信息,这种设计使得SRAM在数据保持方面更为稳定可靠,且访问速度远快于DRAM。
SRAM的主要特点是高速访问和低延迟,使其成为缓存(Cache)等需要快速数据存取场景的理想选择。然而,由于其制造工艺复杂且每个存储单元所占用的面积相对较大,导致SRAM的制造成本较高,存储容量也因此受到限制。尽管如此,在追求极致性能的应用中,如CPU和GPU的内部缓存,SRAM仍是不可或缺的组成部分。
| 分类维度 | 主要类型 | 核心区别 |
|---|---|---|
| 存取方式 | 异步SRAM (Asynchronous SRAM) | 不受时钟信号控制,由地址线和控制信号的变化直接触发读写操作。接口简单、易用,但速度较慢(通常<50MHz),适用于对时序要求不高的场景,如单片机扩展存储。 |
| 同步SRAM (Synchronous SRAM, SSRAM) | 所有操作都与外部时钟信号的上升沿或下降沿同步。能实现很高的访问速度(可达250MHz以上),但接口复杂、成本较高,常用于高速缓存、网络路由和显卡中。 | |
| 端口数量 | 单端口SRAM | 只有一个读写端口,同一时间只能进行读或写操作,不能同时进行。 |
| 双端口/多端口SRAM | 拥有两个或多个独立的读写端口,支持并发访问,适合并行计算和高速数据通信等场景。 | |
| 功耗与性能 | 低功耗SRAM | 采用低电压供电和优化电路设计,功耗较低,适用于移动设备、物联网等对功耗敏感的应用。 |
| 高性能SRAM | 追求更高的工作频率和更快的响应速度,用于满足计算、通信系统等高性能需求。 | |
| 高级特性 | ZBT SRAM | (零总线翻转) 从写到读、从读到写切换时无需等待周期,总线利用率高。 |
| DDR SRAM | (双倍数据率) 在时钟的上升沿和下降沿都能传输数据,数据吞吐量翻倍。 | |
| QDR SRAM | (四倍数据率) 拥有独立的读/写端口,可在一个时钟周期内同时完成两个读和两个写操作,速度极快。 | |
| QSPI SRAM | 采用QSPI(四线串行外设接口)进行通信,管脚少、封装小,适用于需要减少引脚数的嵌入式系统。 | |
| 物理形态 | 独立SRAM芯片 | 作为独立的芯片存在,通过PCB板上的总线与主控芯片连接。 |
| 内嵌式SRAM | 直接集成在处理器、FPGA或ASIC等芯片内部,具有更短的信号传输路径和更高的通信速度。CPU内部的L1/L2/L3缓存就是典型代表。 |
根据应用场景和设计目标的差异,DRAM主要分为以下四大类。
| 分类 | 全称与应用场景 | 核心特点 |
|---|---|---|
| DDR系列 | 双倍数据速率同步动态随机存储器,主要应用于PC和服务器。 | 通用型内存,在带宽、延迟和成本之间取得平衡。采用64位总线,是CPU的标准搭档。目前已发展到第五代DDR5,速度更快、功耗更低。 |
| LPDDR系列 | 低功耗双倍数据速率同步动态随机存储器,专为智能手机、平板等移动设备设计。 | 通过更低电压、深度休眠等模式实现低功耗,体积小。性能也在快速提升,如LPDDR5X已用于部分笔记本和服务器。 |
| GDDR系列 | 绘图用双倍数据速率同步动态随机存储器,专为显卡、游戏主机等图形应用打造。 | 提供比DDR更高的带宽以处理大量图形数据,但延迟也相对更高。目前已发展至GDDR7。 |
| HBM | 高带宽存储器,通过3D堆叠技术将多个DRAM芯片垂直封装,主要应用于AI训练、高性能计算等顶级算力场景。 | 拥有超高位宽,能提供极高的带宽和较低的延迟,以解决“存储墙”瓶颈。成本高昂,是DRAM中的“性能之王” |
本文作者:ZeroEngineer
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