大容量NAND颗粒背后的秘密

初期竞争：NAND Flash的胜出

闪存，英文名称叫做Flash Memory，顾名思义，闪存能够像闪电一样在瞬间完成数据存储工作。下面就是闪存芯片中使用的晶体管和CPU中使用的晶体管对比图。

闪存芯片中的晶体管单元(左)与CPU中的晶体管单元(右)

从图中，细心的朋友会发现闪存的晶体管比CPU的晶体管多一个浮置栅极，我们又把它叫做“浮栅”，这就是闪存存储数据的基本单元。读取闪存中的数据时，电路通过检测浮栅的微弱电压来判断内部是否有电荷，从而得到相应“0”或者“1”数据；写入数据时，由于浮栅周围是绝缘体(比如二氧化硅)，必须在相对高的电压下先擦除其中全部内容，然后再通过热电子注入或者隧道效应这种非导体接触方式，向浮栅中充入电荷完成写入。浮栅这种特殊结构，使闪存具有在掉电的情况下也能长期保存数据的优势；但与此同时，由于写入数据前必须先擦除数据，而导致闪存写入速度始终无法赶上内存。

在闪存诞生初期，工程师们使用内存一样的寻址方式去存取Flash，这就是初的NOR Flash。这种寻址方式可以方便地调用任意bit位的浮栅数据。但很快工程师们就发现内存寻址虽然可以方便地读取每一位，但是由于Flash写入的复杂流程，导致写入速度极慢。而且内存寻址地址线和数据线分开，每次容量升级都需要增加地址线数量，这对于未来单颗芯片容量的提升很不利，系统的兼容性无法得到保障。

NAND闪存的页面结构

在这种背景下，工程师们使用了新的寻址方式：在闪存内部将晶体管串联起来，外部接口共用数据线、地址线和控制线，这就是后来的NAND Flash。这样一来，同一家公司生产的NAND Flash从128MB到8GB的颗粒能够保持引脚兼容，极大的方便了硬件系统设计。