Nand flash
flash存储器的一种
NAND闪存(外文名:NAND Flash)是由东芝公司于1989年提出的非易失性闪存存储器,通过浮栅晶体管存储数据,以页(512字节)为读写单位,主要应用于U盘移动设备数据中心
其他信息
NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行,如果目标区域已经有数据,必须先擦除后写入,因此擦除操作是闪存的基本操作。
2025年10月NAND价格环比上涨9%-11%,AI服务器需求达传统服务器3倍,云服务商订单超200EB。人工智能基础设施持续推动需求增长,全球排名前五的NAND闪存供应商总营收环比增长16.5%,接近171亿美元。至2025年11月,部分NAND闪存产品合同价格涨幅已超过60%。
据2025年12月报道,NAND Flash现货价格自9月起已累计上涨超过300%。
根据2025年未来存储大会(FMS)公布的最新数据,中国NAND闪存市场份额达到33%,以470亿美元总规模坐稳全球第二大存储器市场宝座。
2025年11月,三星电子在国际期刊《自然》发表关于铁电材料氧化物半导体融合的NAND闪存技术,实现功耗降低96%。
此外,2025年11月,闪迪将NAND闪存合约价大幅调涨50%,为年内第三次涨价。
2025年12月,长江存储旗下致态品牌发布S001系列固态硬盘,采用原厂NAND闪存颗粒。
2025年四季度,三星海力士等国际存储原厂已向客户发出通知:NAND闪存价格将上调最多30%。
同期,长江存储的NAND堆叠层数从2018年32层提升至2025年232层,追平国际最先进水平,其独创的Xtacking架构使芯片密度提升40%,研发周期缩短三个月。
三星计划2026年量产430层V10 NAND,同时布局400+层远期生产规划。
根据韩国半导体工程师学会发布的《2026年半导体技术路线图》,预计到2040年,NAND闪存将实现2000层堆叠的QLC技术。
2025年12月,三星电子宣布提高韩国本土NAND闪存生产线的运行效率,并专注于高端产品制造;同时,公司已重启平泽第五工厂的建设,计划于2028年启动量产,以增强先进存储技术供应能力。
2025年12月,SK海力士在SKAI Summit 2025峰会上宣布AI NAND战略,提出AI-N P(性能优化)、AI-N B(带宽提升)和AI-N D(密度发展)三个方向,计划于2026年底推出样品。
我国复旦大学团队研发出全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片,集成良率达94.3%。
行业推出PCIe 6.0固态硬盘、128TB企业级eSSD及光接口SSD等产品。
长江存储和合肥长鑫2026年规划产能合计占全球存储芯片产能的18%,国家大基金两期累计提供超过3000亿元支持。
中国大陆以43%的全球占比连续十季度蝉联最大半导体设备买家,其中刻蚀机薄膜沉积设备国产化率突破60%,支撑存储芯片产业发展。
美光宣布终止运营消费品牌Crucial,专注于满足来自于数据中心相关客户需求。
存储芯片短缺已从一个组件级问题升级为宏观经济风险,可能拖累AI驱动的生产力增长。
2025年12月,美光科技发布2026财年第一季度财报,季度营收136.4亿美元,同比增长57%,净利润52亿美元。
存储缺货潮长期存在,新厂建设周期长,预计2027年年底前新增产能有限。
AI NAND发展
SK海力士在SKAI Summit 2025峰会上宣布了AI NAND战略,提出三个发展方向:AI-N P(性能)、AI-N B(带宽)和AI-N D(密度)。
AI-N P旨在最小化AI计算与存储之间的瓶颈,提升处理速度和能效,计划于2026年底推出样品。AI-N B通过HBF技术垂直堆叠芯粒扩大带宽,弥补HBM容量限制,SK海力士与闪迪合作推动HBF技术标准化,目标在2026年下半年推出HBF样品。
AI-N D目标是将密度提高到PB级别,实现SSD速度和HDD成本效益的结合。中长期规划中,2029-2031年NAND将实现400层以上堆叠,并推出PCIe Gen7 SSD和UFS 6.0等产品。
此外,SK海力士正加速产能扩张以支持AI NAND战略,其位于清州的M15X新工厂已进入投产前的关键准备阶段,专注于DRAM及面向AI应用的存储解决方案,并计划在2027年之前完成龙仁半导体园区内的首座晶圆厂建设。
程序特点
容量和成本
NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。根据2025年11月分析师报告,AI需求增长推动存储芯片市场供需格局变化,由于存储厂商将主要资源投入HBMDDR5,导致传统NAND Flash供应紧张,芯展速董事长孙丹在2025年12月指出,AI服务器的NAND容量需求是普通服务器的3倍,这一结构性变化加剧了供需失衡,同时,PC行业正处关键换机周期,微软于2025年10月14日终止Windows 10支持,企业需在2025-2026年大规模更新设备以转向Windows 11AI PC,进一步刺激需求并加剧供需失衡。2025年12月存储芯片现货价格大幅飙升,DDR4颗粒年内涨幅超4倍,渠道端出现惜售囤货现象,NAND Flash现货价格自2025年9月以来累计上涨超过300%。终端厂商面临巨大利润压力,戴尔于2025年12月17日起提高所有商用产品价格,涨幅在10%-30%之间,惠普CEO也警告2026年下半年可能上调价格,指出内存芯片约占一台PC成本的15%-18%。芯展速分析指出,当前供需缺口已达20%-30%,远超5%的临界值,导致价格波动幅度显著扩大。三星电子宣布通过融合铁电材料与氧化物半导体技术实现NAND闪存功耗降低96%。三星电子设备解决方案部门(DS)预计2026年NAND闪存等存储芯片业务将带动营业利润同比增长3倍至61.8万亿韩元,根据2025年12月市场动态,NAND方面企业级SSD合约价2025年四季度和2026年一季度各涨价50%以上,2D NAND Flash缺货程度加剧,MLC NAND价格年内有望翻倍,为应对供应紧张,芯展速推出GEN6系列产品,通过系统架构创新实现在产能受限背景下的效率提升,该方案已获主要AI服务器厂商认证,SLC NAND自2025年三季度起季度涨幅15%+,并预计2026年上半年上涨30%+,芯展速援引摩根士丹利预测,到2027年全球存储市场规模将突破3000亿美元,超级周期持续时间可能超过现有分析师预期。
NOR flash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8~128M B的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
中信证券指出,存储芯片行业供不应求预计至少持续至2026年底,当前处于超级景气周期初期,合约价涨幅在2026年一季度末前有望扩大或维持。
物理构成
NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell,一般来说,一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位,连成bit line,形成所谓的byte(x8)/word(x16),这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page,(NAND Flash 有多种结构,例如NAND Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M),每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area)),每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。再例如三星k9f1208U0M具有4096个block,故总容量为4096*(32*528B)=66MB,但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的,故实际中可使用的为64MB。
NAND flash以页为单位读写数据,而以块为单位擦除数据。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址:
Column Address:Starting Address of the Register. 翻成中文为列地址,地址的低8位
Page Address :页地址
Block Address :块地址
对于NAND Flash来讲,地址和命令只能在I/O[7:0]上传递,数据宽度是8位。
可靠耐用性
采用flash介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说 ,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
寿命(耐用性)
NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。
NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型 的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一 些。
位交换
所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。
一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能 导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次 就可能解决了。
当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位 反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建 议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。
这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时, 必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。
坏块处理
NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。
NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制 成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项 处理,将导致高故障率
易于使用
可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。
由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。
晶存科技推出的基于NAND Flash的eMMC、UFS产品在消费电子、工业设备和智能座舱等终端应用中已实现高性能、高可靠性的数据存取能力。
软件支持
当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和 闪存管理算法的软件,包括性能优化
在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常 需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD ),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。
使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软 件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱 动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。
驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和 损耗平衡。(注明一点:NOR擦除时,是全部写1,不是写0,而且,NOR FLASH SECTOR擦除时间视品牌、 大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除时间为60ms,而有的需要最大6S。)NOR FLASH的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商,曾经是FLASH的主流产品,但被 NAND FLASH挤的比较难受。它的优点是可以直接从FLASH中运行程序,但是工艺复杂,价格比 较贵。
NAND FLASH的主要供应商是SAMSUNG和东芝,在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种 FLASH,由于工艺上的不同,它比NOR FLASH拥有更大存储容量,而且便宜。但也有缺点,就是
无法寻址直接运行程序,只能存储数据。另外NAND FLASH 非常容易出现坏区,所以需要有校验的算法。
掌上电脑里要使用NAND FLASH 存储数据和程序,但是必须有NOR FLASH来启动。除了
SAMSUNG处理器,其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH 启动程序。因此,
必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器,在把OS软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行才行,挺麻烦的。
解析
NOR和NAND是市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROMEEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。
NAND存储器”经常可以与“NOR存储器”相互换使用。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并且需要多次擦写,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。
NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口
主要区别
NOR与NAND的区别
性能比较
flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除 操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前 先要将目标块内所有的位都写为0。
由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s ,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进 行的,执行相同的操作最多只需要4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时), 更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必 须权衡以下的各项因素。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的擦除速度远比NOR快。
● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更加简单。
● NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多。
● NOR可以直接使用,并在上面直接运行代码,而NAND需要I/O接口,因此使用时需要驱动。
接口差别
NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每 一个字节。
NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同 。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。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。
NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。
最新修订时间:2025-12-26 19:56
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