Flash存儲(chǔ)芯片：NOR Flash、NAND Flash、UFS和eMMC的比較與解析

前言

在數(shù)字化時(shí)代的今天，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理變得越來越重要。各種各樣的存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以滿足不同的使用場景和需求。其中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)芯片以其非易失性、可擦寫性和可編程性等優(yōu)勢，占據(jù)了重要地位。本博客將詳細(xì)介紹Flash存儲(chǔ)芯片中的NOR Flash、NAND Flash、UFS和eMMC，分析它們的用途、優(yōu)缺點(diǎn)，并對其進(jìn)行比較。

1.Nor Flash

1.1 用途特性

NOR Flash是可編程存儲(chǔ)器的一種，因其具有直接運(yùn)行應(yīng)用程序的能力而廣受歡迎，由于存儲(chǔ)容量較小，一般只有幾MB~幾十MB，因此適合存儲(chǔ)較小的程序和數(shù)據(jù)。由于其讀取速度快且可靠性高，NOR Flash在嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 優(yōu)劣性

優(yōu)點(diǎn)

非易失性：數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而丟失，具有較好的數(shù)據(jù)保存能力。

可編程性：通過特定的編程指令，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除。

快速讀?。簩τ谳^小的數(shù)據(jù)塊，讀取速度較快。

支持直接運(yùn)行：由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和RAM相似，因此可以直接運(yùn)行應(yīng)用程序。

缺點(diǎn)

寫入速度較慢：相較于其他類型的Flash存儲(chǔ)器，寫入速度較慢。

擦除操作限制：在擦除操作時(shí)，需要一次性擦除整個(gè)塊的數(shù)據(jù)，不能單獨(dú)擦除某個(gè)數(shù)據(jù)位。

成本較高：由于其內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其成本相對較高。

2. Nand Flash

2.1 用途特性

NAND Flash是閃存的一種，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域。它通常被用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)等。由于其高存儲(chǔ)密度和快速寫入速度，NAND Flash在移動(dòng)設(shè)備、數(shù)據(jù)中心和SSD硬盤等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 優(yōu)劣性

優(yōu)點(diǎn)

存儲(chǔ)密度高：在單位面積內(nèi)存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，適用于需要高密度存儲(chǔ)的場景。

讀寫速度快：尤其是寫入速度，遠(yuǎn)高于NOR Flash。

耐久性強(qiáng)：可以重復(fù)進(jìn)行擦除和編程操作，具有較長的使用壽命。

成本較低：由于其高存儲(chǔ)密度，使得單位容量的成本相對較低。

缺點(diǎn)

讀取速度較慢：雖然寫入速度較快，但讀取速度較慢于NOR Flash。

需要特殊操作：在使用NAND Flash時(shí)，需要了解其特殊的操作方式，例如需要進(jìn)行塊或頁的擦除操作才能寫入數(shù)據(jù)。

對壞塊敏感：NAND Flash的存儲(chǔ)單元容易損壞，需要使用冗余算法來處理壞塊問題。

Nor flash和Nand flash的比較

NOR Flash和NAND Flash都是非易失性（非易失性即掉電不丟失數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器，但它們有一些區(qū)別：

存儲(chǔ)邏輯 NOR Flash的存儲(chǔ)方式類似于常規(guī)的存儲(chǔ)器，可以使用隨機(jī)訪問方式讀取和寫入數(shù)據(jù)。而NAND Flash則使用頁式存儲(chǔ)方式，需要按頁順序順序讀取和寫入。

速度 NOR Flash的讀取速度相對較快，可以實(shí)現(xiàn)快速的指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)讀取。而NAND Flash的數(shù)據(jù)讀取速度相對較慢，需要先通過控制器將數(shù)據(jù)讀取到緩存中再進(jìn)行處理。

密度 NAND Flash的制造工藝更加先進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)更高的密度，能夠存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。而NOR Flash的制造工藝相對落后，密度較低，無法存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)。

用途 NOR Flash被廣泛用于嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的代碼和引導(dǎo)程序。NAND Flash則被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，例如USB閃存驅(qū)動(dòng)器、SD存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤等。

3. UFS（Universal Flash Storage）

3.1 用途特性

UFS是一種新型的閃存標(biāo)準(zhǔn)，旨在提供高性能、低功耗的存儲(chǔ)解決方案，支持多通道數(shù)據(jù)傳輸和高速串行接口，能夠達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，適用于高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸場景。它通常被用于智能手機(jī)、平板電腦和其他移動(dòng)設(shè)備中。UFS具備較高的讀寫性能和低功耗特性，使得移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間得以延長，同時(shí)提供了更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。

3.2 優(yōu)劣性

優(yōu)點(diǎn)

高性能：UFS具備較高的讀寫性能，可以滿足移動(dòng)設(shè)備對數(shù)據(jù)處理的需求。

低功耗：相較于傳統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器，UFS具有較低的功耗，有助于延長移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

可靠性高：UFS采用先進(jìn)的錯(cuò)誤糾正技術(shù)，能夠提高數(shù)據(jù)的可靠性。

集成度高：UFS將多種存儲(chǔ)器的功能集成在一起，簡化了硬件設(shè)計(jì)。

缺點(diǎn)

成本較高：相較于其他類型的存儲(chǔ)器，UFS的成本相對較高。

不適用于所有設(shè)備：由于UFS是移動(dòng)設(shè)備的專用存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并不適用于所有類型的設(shè)備。

4. eMMC（Embedded Multi Media Card）

4.1 用途特性

eMMC顧名思義是一個(gè)嵌入式多媒體卡，常被用于智能手機(jī)、平板電腦和其他移動(dòng)設(shè)備中作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器。eMMC相當(dāng)于Nand Flash+主控IC ，它的一個(gè)明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個(gè)控制器，縮小了占用面積，提供標(biāo)準(zhǔn)接口并管理閃存。eMMC結(jié)合了Flash存儲(chǔ)器和RAM的優(yōu)點(diǎn)，既可以作為持久性存儲(chǔ)器使用，也可以作為緩存或臨時(shí)工作區(qū)使用。它具備較高的性能和可靠性，廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)設(shè)備中。

4.2 優(yōu)劣性

優(yōu)點(diǎn)

集成度高：eMMC將多種存儲(chǔ)器的功能集成在一起，簡化了硬件設(shè)計(jì)。

可靠性高：eMMC經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，具備較高的數(shù)據(jù)可靠性。它采用了錯(cuò)誤糾正技術(shù)來確保數(shù)據(jù)的完整性。

快速讀?。篹MMC支持高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于需要快速讀取數(shù)據(jù)的場景。它采用了流水線式的數(shù)據(jù)傳輸方式，提高了讀取效率。

低功耗：eMMC的功耗相對較低，有助于延長移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。通過采用休眠模式和動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低功耗目標(biāo)。

缺點(diǎn)

存儲(chǔ)容量相對較小。eMMC的存儲(chǔ)容量通常不超過256GB，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤和SSD容量較小。

不易升級。eMMC儲(chǔ)存無法更換或升級，因此需要在選擇時(shí)考慮到后續(xù)升級和擴(kuò)展的需求。

壽命有限。eMMC閃存儲(chǔ)存有一定的寫入次數(shù)限制，對于長時(shí)間高負(fù)荷使用的設(shè)備，可能會(huì)出現(xiàn)壽命短的問題。

eMMC和UFS的比較

應(yīng)用：

eMMC和UFS都被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。

eMMC起源較早，自2011年起便開始在手機(jī)上使用，而UFS則是在2015年左右開始大規(guī)模應(yīng)用于手機(jī)上，現(xiàn)在很多高端點(diǎn)的手機(jī)相比于emmc基本使用UFS了。

比較：

讀寫速度：UFS的讀寫速度比eMMC更快。這是因?yàn)樗捎昧烁叩臄?shù)據(jù)傳輸速率和更快的總線速度。

功能：UFS支持更多的高級功能，例如命令隊(duì)列和TRIM命令，可以提高讀寫性能，并更好地管理設(shè)備的電池壽命。

兼容性：由于eMMC起源較早，因此它可以與更多的設(shè)備兼容。而UFS是一種較新的標(biāo)準(zhǔn)，因此它只能與一些較新的設(shè)備兼容。

5. CS SD NAND : 小巧輕便的TF卡替代方案

前段時(shí)間使用了一款CSNP4GCR01-AMW 存儲(chǔ)芯片，它免驅(qū)動(dòng)(即貼即用)直連SD/SPI接口即可使用，已內(nèi)置Flash管理程序的NAND Flash，兼容SPI/SD接口，讀寫速度快，最高兼容SD3.0協(xié)議，兼容各大MCU平臺，可替代普通TF卡/SD卡，擦寫壽命可達(dá)5~10萬次。感興趣的可以去了解下。

審核編輯 黃宇