存储芯片详解
‘壹’ 让国内如此疯狂的 3D NAND闪存到底是个啥
什么是3D NAND闪存？
从新闻到评测，我们对3D NAND闪存的报道已经非常多了，首先我们要搞懂什么是3D NAND闪存。
从2D NAND到3D NAND就像平房到高楼大厦
我们之前见过的闪存多属于Planar NAND平面闪存，也叫有2D NAND或者直接不提2D的，而3D 闪存，顾名思义，就是它是立体堆叠的，Intel之前用盖楼为例介绍了3D NAND，普通NAND是平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积一下子就多起来了，理论上可以无线堆叠。
3D NAND与2D NAND区别
3D NAND闪存也不再是简单的平面内存堆栈，这只是其中的一种，还有VC垂直通道、VG垂直栅极等两种结构。
3D NAND闪存有什么优势？
在回答3D NAND闪存有什么优势的时候，我们先要了解平面NAND遇到什么问题了——NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分，为了进一步提高容量、降低成本，NAND的制程工艺也在不断进步，从早期的50nm一路狂奔到目前的15/16nm，但NAND闪存跟处理器不一样，先进工艺虽然带来了更大的容量，但NAND闪存的制程工艺是双刃剑，容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降，因为工艺越先进，NAND的氧化层越薄，可靠性也越差，厂商就需要采取额外的手段来弥补，但这又会提高成本，以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。
相比之下，3D NAND解决问题的思路就不一样了，为了提高NAND的容量、降低成本，厂商不需要费劲心思去提高制程工艺了，转而堆叠更多的层数就可以了，这样一来3D NAND闪存的容量、性能、可靠性都有了保证了，比如东芝的15nm NAND容量密度为1.28Gb/mm2，而三星32层堆栈的3D NAND可以轻松达到1.87Gb/mm2，48层堆栈的则可以达到2.8Gb/mm2。
3D NAND闪存在容量、速度、能效及可靠性上都有优势
传统的平面NAND闪存现在还谈不上末路，主流工艺是15/16nm，但10/9nm节点很可能是平面NAND最后的机会了，而3D NAND闪存还会继续走下去，目前的堆栈层数不过32-48层，厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。
四大NAND豪门的3D NAND闪存及特色
在主要的NAND厂商中，三星最早量产了3D NAND，其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间，Intel、美光去年才推出3D NAND闪存，Intel本月初才发布了首款3D NAND闪存的SSD，不过主要是面向企业级市场的。
这四大豪门的3D NAND闪存所用的技术不同，堆栈的层数也不一样，而Intel在常规3D NAND闪存之外还开发了新型的3D XPoint闪存，它跟目前的3D闪存有很大不同，属于杀手锏级产品，值得关注。
四大NAND豪门的3D NAND闪存规格及特色
上述3D NAND闪存中，由于厂商不一定公布很多技术细节，特别是很少提及具体的制程工艺，除了三星之外其他厂商的3D NAND闪存现在才开始推向市场，代表性产品也不足。
三星：最早量产的V-NAND闪存
三星是NAND闪存市场最强大的厂商，在3D NAND闪存上也是一路领先，他们最早在2013年就开始量产3D NAND闪存了。在3D NAND路线上，三星也研究过多种方案，最终量产的是VG垂直栅极结构的V-NAND闪存，目前已经发展了三代V-NAND技术，堆栈层数从之前的24层提高到了48层，TLC类型的3D NAND核心容量可达到256Gb容量，在自家的840、850及950系列SSD上都有使用。
三星最早量产了3D NAND闪存
值得一提的是，三星在3D NAND闪存上领先不光是技术、资金的优势，他们首先选择了CTF电荷撷取闪存（charge trap flash，简称CTF）路线，相比传统的FG（Floating Gate，浮栅极）技术难度要小一些，这多少也帮助三星占了时间优势。
有关V-NAND闪存的详细技术介绍可以参考之前的文章：NAND新时代起点，三星V-NAND技术详解
东芝/闪迪：独辟蹊径的BiCS技术
东芝是闪存技术的发明人，虽然现在的份额和产能被三星超越，不过东芝在NAND及技术领域依然非常强大，很早就投入3D NAND研发了，2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND——之前我们也提到了，2D NAND闪存简单堆栈是可以作出3D NAND闪存的，但制造工艺复杂，要求很高，而东芝的BiCS闪存是Bit Cost Scaling，强调的就是随NAND规模而降低成本，号称在所有3D NAND闪存中BiCS技术的闪存核心面积最低，也意味着成本更低。
东芝的BiCS技术3D NAND
东芝和闪迪是战略合作伙伴，双方在NAND领域是共享技术的，他们的BiCS闪存去年开始量产，目前的堆栈层数是48层，MLC类型的核心容量128Gb，TLC类型的容量可达256Gb，预计会在日本四日市的Fab 2工厂规模量产，2016年可以大量出货了。
SK Hynix：闷声发财的3D NAND
在这几家NAND厂商中，SK Hynix的3D NAND最为低调，相关报道很少，以致于找不到多少SK Hynix的3D NAND闪存资料，不过从官网公布的信息来看，SK Hynix的3D NAND闪存已经发展了3代了，2014年Q4推出的第一代，2015年Q3季度推出的第二代，去年Q4推出的则是第三代3D NAND闪存，只不过前面三代产品主要面向eMCC 5.0/5.1、UFS 2.0等移动市场，今年推出的第四代3D NAND闪存则会针对UFS 2.1、SATA及PCI-E产品市场。
SK Hynix的3D NAND闪存堆栈层数从36层起步，不过真正量产的是48层堆栈的3D NAND闪存，MLC类型的容量128Gb，TLC类型的也可以做到256Gb容量。
Intel/美光：容量最高的3D NAND闪存
这几家厂商中，Intel、美光的3D NAND闪存来的最晚，去年才算正式亮相，不过好菜不怕晚，虽然进度上落后了点，但IMFT的3D NAND有很多独特之处，首先是他们的3D NAND第一款采用FG浮栅极技术量产的，所以在成本及容量上更有优势，其MLC类型闪存核心容量就有256Gb，而TLC闪存则可以做到384Gb，是目前TLC类型3D NAND闪存中容量最大的。
美光、Intel的3D NAND容量密度是最高的
384Gb容量还不终点，今年的ISSCC大会上美光还公布了容量高达768Gb的3D NAND闪存论文，虽然短时间可能不会量产，但已经给人带来了希望。
Intel的杀手锏：3D XPoint闪存
IMFT在3D NAND闪存上进展缓慢已经引起了Intel的不满，虽然双方表面上还很和谐，但不论是16nm闪存还是3D闪存，Intel跟美光似乎都有分歧，最明显的例子就是Intel都开始采纳友商的闪存供应了，最近发布的540s系列硬盘就用了SK Hynix的16nm TLC闪存，没有用IMFT的。
Intel、美光不合的证据还有最明显的例子——那就是Intel甩开美光在中国大连投资55亿升级晶圆厂，准备量产新一代闪存，很可能就是3D XPoint闪存，这可是Intel的杀手锏。
3D XPoint闪存是Intel掌控未来NAND市场的杀手锏
这个3D XPoint闪存我们之前也报道过很多了，根据Intel官方说法，3D XPoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存，性能是普通显存的1000倍，可靠性也是普通闪存的1000倍，容量密度是内存的10倍，而且是非易失性的，断电也不会损失数据。
由于还没有上市，而且Intel对3D XPoint闪存口风很严，所以我们无法确定3D XPpoint闪存背后到底是什么，不过比较靠谱的说法是基于PCM相变存储技术，Intel本来就是做存储技术起家的，虽然现在的主业是处理器，但存储技术从来没放松，在PCM相变技术上也研究了20多年了，现在率先取得突破也不是没可能。
相比目前的3D NAND闪存，3D XPoint闪存有可能革掉NAND及DRAM内存的命，因为它同时具备这两方面的优势，所以除了做各种规格的SSD硬盘之外，Intel还准备推出DIMM插槽的3D XPoint硬盘，现在还不能取代DDR内存，但未来一切皆有可能。
最后再回到我们开头提到的问题上——中国大陆现在也把存储芯片作为重点来抓，武汉新芯科技（XMC）已经在武汉开工建设12英寸晶圆厂，第一个目标就是NAND闪存，而且是直接切入3D NAND闪存，他们的3D NAND技术来源于飞索半导体（Spansion），而后者又是1993年AMD和富士通把双方的NOR闪存部门合并而来，后来他们又被赛普拉斯半导体以40亿美元的价格收购。
2015年新芯科技与飞索半导体达成了合作协议，双方合作研发、生产3D NAND闪存，主要以后者的MirrorBit闪存技术为基础。不过小编搜遍了网络也没找到多少有关MirrorBit的技术资料。这两家公司的闪存技术多是NOR领域的，3D NAND显然是比不过三星、SK Hynix及东芝等公司的，有一种说法是MirrorBit的堆栈层数只有8层，如果真是这样，相比主流的32-48层堆栈就差很远了，成本上不会有什么优势。
‘贰’ NAND flash和NOR flash的区别详解
我们使用的智能手机除了有一个可用的空间（如苹果8G、16G等），还有一个RAM容量，很多人都不是很清楚，为什么需要二个这样的芯片做存储呢，这就是我们下面要讲到的。这二种存储设备我们都统称为“FLASH”，FLASH是一种存储芯片，全名叫Flash EEPROM Memory，通地过程序可以修改数据，即平时所说的“闪存”。Flash又分为NAND flash和NOR flash二种。U盘和MP3里用的就是这种存储器。
相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。NOR Flash 的读取和我们常见的 SDRAM 的读取是一样，用户可以直接运行装载在 NOR FLASH 里面的代码，这样可以减少 SRAM 的容量从而节约了成本。 NAND Flash 没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的， 通常是一次读取 512 个字节，采用这种技术的 Flash 比较廉价。用户 不能直接运行 NAND Flash 上的代码，因此好多使用 NAND Flash 的开发板除了使用 NAND Flah 以外，还作上了 一块小的 NOR Flash 来运行启动代码。
NOR flash是intel公司1988年开发出了NOR flash技术。NOR的特点是芯片内执行（XIP, eXecute In Place），这样应用程序可以直接在flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除 速度大大影响了它的性能。
‘叁’ 内存，芯片为什么可以储存信息和数据
芯片储存信息的原理为：
对动态存储器进行写入操作时，行地址首先将RAS锁存于芯片中，然后列地址将CAS锁存于芯片中，WE有效，写入数据，则写入的数据被存储于指定的单元中。
对动态存储器进行读出操作时，CPU首先输出RAS锁存信号，获得数据存储单元的行地址，然后输出CAS锁存信号，获得数据存储单元的列地址，保持WE＝1，便可将已知行列地址的存储单元中数据读取出来。
内存的工作原理为：
1、只读存储器
在制造时，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。
2、随机存储器
随机存储器表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。
3、高速缓冲存储器
当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据就被存储进高速缓冲存储器中。
(3)存储芯片详解扩展阅读：
内存DDR2与DDR的区别
1、最高标准频率不同。
DDR2内存起始频率从DDR内存最高标准频率400Mhz开始，现已定义可以生产的频率支持到533Mhz到667Mhz，标准工作频率工作频率分别是200／266／333MHz，工作电压为1．8V。DDR2采用全新定义的240 PIN DIMM接口标准，完全不兼容于DDR的184PIN DIMM接口标准。
2、数据传输方式不同。
DDR2和DDR一样，采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本方式，但是最大的区别在于，DDR2内存可进行4bit预读取。两倍于标准DDR内存的2BIT预读取，这就意味着，DDR2拥有两倍于DDR的预读系统命令数据的能力，因此，DDR2则简单的获得两倍于DDR的完整的数据传输能力。
‘肆’ 闪存芯片的说明
I/O0～I/O7:数据输入输出口, I/O口常用于指令和地址的输入以及数据的输入/输出,其中数据在
读的过程中输入。当芯片没有被选中或不能输出时, I/O口处于高阻态。
CLE:指令锁存端,用于激活指令到指令寄存器的路径, 并在WE上升沿且CLE 为高电平时将指令锁存。
ALE: 地址锁存端, 用于激活地址到内部地址寄存器的路径,并在WE上升沿且ALE为高电平时,地址锁存。
CE: 片选端, 用于控制设备的选择。当设备忙时, CE 为高电平而被忽略, 此时设备不能回到备用状态。
RE: 读使能端,用于控制数据的连续输出,并将数据送到I/ O 总线。只有在RE的下降沿时,输出数据才有效, 同时, 它还可以对内部数据地址进行累加。
WE: 写使能控制端, 用于控制I/O口的指令写入,同时,通过该端口可以在WE脉冲的上升沿将指令、地址和数据进行锁存。
WP: 写保护端, 通过WP 端可在电源变换中进行写保护。当WP为低电平时,其内部高电平发生器将复位。
R/ B : 就绪/ 忙输出, R/ B 的输出能够显示设备的操作状态。R/ B 处于低电平时,表示有编程、擦除或随机读操作正在进行。操作完成后, R/B会自动返回高电平。由于该端是漏极开路输出, 所以即使当芯片没有被选中或输出被禁止时, 它也不会处于高阻态。
PRE:通电读操作,用于控制通电时的自动读操作,PRE 端接到VCC可实现通电自动读操作。
VCC :芯片电源端。
VSS :芯片接地端。
NC:悬空。
‘伍’ 存储器芯片,为什么用32Kx8位来说明容量,不直接用32KB
1.存储芯片容量与芯片数据线、地址线根数都有关系！
2.若芯片数据线8根，即每个存储单元容量1B，则32KB容量，需要32K存储单元，对应地址线要15根。
3.若芯片数据线16根，即每个存储单元容量2B，则32KB容量，需要16K存储单元，对应地址线要14根。
4.存储容量=2的N次方*M/8
N：地址线根数
M：数据线根数
‘陆’ 说能帮我讲解一下CPU内部的结构包括内存的存储具体方式
1. CPU内部基本结构CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字和特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。 2. 内存的存储具体方式内存就是存储程序以及数据的地方，比如当我们在使用WPS处理文稿时，当你在键盘上敲入字符时， DDR 和 DDR2 技术对比的数据,它就被存入内存中，当你选择存盘时，内存中的数据才会被存入硬（磁）盘。在进一步理解它之前，还应认识一下它的物理概念。 内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。只不过因为RAM是其中最重要的存储器。S（synchronous）DRAM 同步动态随机存取存储器：SDRAM为168脚，这是目前PENTIUM及以上机型使用的内存。SDRAM将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使CPU和RAM能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，每一个时钟脉冲的上升沿便开始传递数据，速度比EDO内存提高50%。DDR（DOUBLE DATA RATE）RAM ：SDRAM的更新换代产品，他允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样不需要提高时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度。 ●只读存储器（ROM） ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。 ●随机存储器（RAM） </B> 随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关 内存闭时，存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存，内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G／条,2G/条,4G/条等。 ●高速缓冲存储器（Cache） </B> Cache也是我们经常遇到的概念，也就是平常看到的一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。 物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。但是由于这两者有十分密切的关系，而且两者都用内存B、KB、MB、GB来度量其容量大小，因此容易产生认识上的混淆。初学者弄清这两个不同的概念，有助于进一步认识内存储器和用好内存储器。 物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。如主板上装插的内存条和装载有系统的BIOS的ROM芯片，显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOS的ROM芯片，以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器。 存储地址空间是指对存储器编码（编码地址）的范围。所谓编码就是对每一个物理存储单元（一个字节）分配一个号码，通常叫作“编址”。分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它，完成数据的读写，这就是所谓的“寻址”（所以，有人也把地址空间称为寻址空间）。 地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。举个例子来说明这个问题：某层楼共有17个房间，其编号为801～817。这17个房间是物理的，而其地址空间采用了三位编码，其范围是800～899共100个地址，可见地址空间是大于实际房间数量的。 对于386以上档次的微机，其地址总线为32位，因此地址空间可达2的32次方,即4GB。（虽然如此，但是我们一般使用的一些操作系统例如windows xp、却最多只能识别或者使用3.25G的内存，64位的操作系统能识别并使用4G和4G以上的的内存， 好了，现在可以解释为什么会产生诸如：常规内存、保留内存、上位内存、高端内存、扩充内存和扩展内存等不同内存类型。
‘柒’ TF存储卡工作原理是什么呀求大神详解！
TF卡就是一片flash闪存芯片，芯片内有电容和无数个三端晶体管（类似场效应管）构成的电路，每个效应管都可以把电荷存储起来而不流失，就相当于存储了数据。
‘捌’ 存储器芯片中地址译码的方式有几种,分别说明它们的特点
若CPU的寻址空间等于存储器芯片的寻址空间，可直接将高低位地址线相连即可，这种方式下，可用单条读写指令直接寻址，寻址地址与指令中的地址完全吻合。
若CPU的寻址空间大于存储器芯片的寻址空间，可直接将高低位地址线相连即可，CPU剩余部分高位地址线，这种方式下，可用单条读写指令直接寻址，未连接的地址线在指令中可以以0或1出现，即有多个地址对应每个存储器空间，可在指令中将这些位默认为零。
若CPU的寻址空间小于存储器芯片的寻址空间，可将其它IO口连接剩余存储器高位地址线，寻址前，需设置好这些IO口。
当存在多片存储器，且希望节省CPU的IO口时，需要外加译码电路。比如说，存储器地址线为13根，共8片存储器，可用74LS138连接CPU的高3位地址线，74LS38的8位输出分别连接8片存储器，读写时，寻址地址与指令中的地址完全吻合。
上一种情况中，若希望简化外围电路，也可用其余端口的8个IO分别连接8片存储的片选，其寻址方式与第三种情况类似。
‘玖’ 常用存储器片选控制方法有哪几种它们各有什么优缺点
线选法，部分译码法，全部译码法。
线选法电路简单，但是会造成地址z堆叠，空间利用率低且具体编程时不易编织；
全译码法的芯片利用率高，不会出现地址堆叠，但是电路比起线选法复杂得多；
部分译码法介于两者之间，也会产生一定程度的地址堆叠，但是有相对连续的地址空间。
(9)存储芯片详解扩展阅读：
存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。
主存中汇集存储单元的载体称为存储体，存储体中每个单元能够存放一串二进制码表示的信息，该信息的总位数称为一个存储单元的字长。存储单元的地址与存储在其中的信息是一一对应的，单元地址只有一个，固定不变，而存储在其中的信息是可以更换的。