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清华紫光、武汉新芯何以在存储芯片领域动作频频?
时间:2022-09-13 03:05 点击次数:
本文摘要:最近,清华紫光,武汉新的芯在存储芯片领域动作屡屡,让大家把目光投向了以前被忽视的存储芯片。长期以来,在CPU,GPU,基带等先进设备芯片聚光灯的掩饰之下,存储芯片仍然处在默默无闻地步,不过,任何一个牵涉到到数字IC的产品,小到银行卡,大到服务器,都不有可能离存储芯片而不存在,因为一代宗师冯诺依曼曾认为现代计算机控制的核心,是指令和数据两部分,而指令和数据并不是不存在空中楼阁的,必需存储在涉及存储芯片中。

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最近,清华紫光,武汉新的芯在存储芯片领域动作屡屡,让大家把目光投向了以前被忽视的存储芯片。长期以来,在CPU,GPU,基带等先进设备芯片聚光灯的掩饰之下,存储芯片仍然处在默默无闻地步,不过,任何一个牵涉到到数字IC的产品,小到银行卡,大到服务器,都不有可能离存储芯片而不存在,因为一代宗师冯诺依曼曾认为现代计算机控制的核心,是指令和数据两部分,而指令和数据并不是不存在空中楼阁的,必需存储在涉及存储芯片中。

今天存储芯片的市值规模早已相比之下低于CPU或基带等任何一个单一IC种类,意外的是,在新的芯紫光没量产之前,国内存储芯片完全100%倚赖进口。  武汉新的芯  充满著掉电就遗失数据的DRAMSRAM不说道,市场上主流的掉电还能留存数据的存储芯片主要有,EEPROM,NORFLASH,NANDFLASH,EMMC,UFS。

其中EEPROM历史尤为历史悠久,容量在几KB到1MB左右,十分十分小,但其用于放读取/读取命令规则便利,直到今天他还广泛应用在低端嵌入式,比如电视机的遥控器,交通卡,因为这些系统的程序非常简单,几百KB就可以几乎存放在下代码和数据。  在EEPROM之后,英特尔为了解决问题EEPROM容量过于的问题,在80年代末发明者了NORFLASH,NOR的容量有所提高,大约在几MB到几十MB左右,尽管容量也并不大,但由于工艺结构类似,价格却比较便宜。在智能手机经常出现以前,走红全球的诺基亚用的就是NOR芯片,如今NOR依然有一定市场,他应用领域面向高端嵌入式掌控,主打的是可靠性,往往用在通信基站,单反相机,工业机器人等比较不差钱的领域。

  90年代末,三星接棒英特尔,修改了NOR的电路结构,发明者了NANDFLASH,乘势使存储芯片的容量步入多达100MB量级。与NOR和EEPROM比起,目前所有主流的消费类大容量存储器如U盘,固态硬盘,都由NANDFLASH包含。由于NANDFLASH修改了电路,使其更容易被做到小传输,NOR普遍认为的工艺无限大在40nm左右,而NAND的量产工艺则早已突破了16nm,因此其容量也水涨船高到GB量级。

  当然NAND修改电路来超过不断扩大容量的目的,并不是没代价的,其代价是壮烈牺牲了可靠性,比如NAND容许经常出现2%-3%的存储单元损毁,这是一个较为奇葩的事情,不管遗代码,还是遗照片遗游戏,任何用户都不期望自己的东西遗失了。于是,一种新的芯片EMMC横空出世了。

  EMMC最普遍用作智能手机上,买手机所谓16G或者32G容量所指的就是EMMC芯片的容量。EMMC的本质依然是NAND,但在存储芯片内多PCB了一个微控制器(microcontroller),一般是ARM单片机,少数老式芯片他用51单片机。微控制器的目的在于,将较为娇气的NAND管理一起,所以EMMC类的芯片也被称作manageNAND。

在EEPROM/NOR/NAND芯片上,用户读取的地址皆为芯片物理地址,即根据存储地址,高手可以解析出有其存放在阵列结构的哪一行哪一列,而在EMMC上,所有用户读取地址都是逻辑地址,要经过microcontroller折算成物理地址,这个过程类似于CPU的MMU内存管理单元,也类似于windows文件系统的同构表格。总之,microcontroller的重新加入把NAND芯片遇上损毁,读取数据流,损耗平衡,碎片管理等问题在芯片内部就悉数解决问题了,使存储芯片仍然只是非常简单的读取,而更为智能化。然而这种解决方案带给新的问题就是,microcontroller自己要闲置大约5%-10%的NAND存储空间,这是为了存放在自己的运算资源,同时腾出一部分空间对坏块展开更换。

这就是为什么16G的空间往往不能看见15G的大小。另外这种所谓NAND+microcontroller的模式现在早已标准化于所有大容量存储产品中,比如少见的SD卡,可以说道就是EMMC一个马甲。  EMMC在设计之初,为了维持和以前NAND/NOR的兼容性,使用了8个IO分段读取数据,这以今天的技术标准来看毫无疑问领先的。

最近10年里,大量的并行接口由于受到速度和时序容许,被串行接口所代替,比如硬盘的IDE模块被SATA代替,主板上的PCI被PCIE代替,打印机的并口被USB代替。于是这2年里,三星明确提出了新一代的存储芯片UFS以代替EMMC。其本质依然是microcontroller+NAND结构,但外部模块套用了SATA的协议,仅有串行输入输出,差分信号,并且没时钟线,时钟映射数据传输,其速度平均600MB/S,而EMMC最低是400MB/S。目前UFS只有三星一家可以投产,用在了其自家的三星S7旗舰机上。

近期公布的小米5也使用了三星UFS,被其刮起为黑科技。另外,好东西苹果当然也不有可能纳下,iphone6s使用了苹果自研的NVMe存储芯片,其内容不对外开放,但基于猜测是类似于UFS,其模块是基于串行PCIE协议,核心依然是microcontroller+NAND。


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