更智能的應用軟體、先進的 IoT-IIoT 設備和更快的通信協議正在推動對經濟高效、更大密度代碼存儲的需求
設計工程師為我們的個人用途（例如智能電視、數位相機、便攜式遊戲機和可穿戴設備）、工業和通信領域（例如 POS 系統、機器人、GPON 模塊和智能電錶）以及下一代應用開發創新設備。新一代應用程序（例如自動駕駛汽車、視頻監控和醫學成像）需要更多存儲空間來執行代碼。
這一需求是由人工智能、機器學習和分析算法等計算密集型應用推動的。 它還受到物聯網和工業物聯網技術重大進步的推動，特別是與邊緣計算、機器對機器通信以及執行連續實時視頻/音頻捕獲的設備相關的技術。 更快的通信協議也在推動這一趨勢，並具有更強大的介面（例如 5G、WiFi 和 GPON）。 當所有這些因素與更大的韌體大小、系統日誌數據和啟動代碼相結合時，顯然需要更大的設備存儲密度來執行代碼。
目前，用於代碼存儲的嵌入式設備存儲器已降級為NOR flash memory（NOR）或NAND flash memory（NAND）。 NOR flash是一種存儲單元並聯在內部bit lines和地之間的電路架構。 內部bit line和地之間有一個晶體管，以實現低導通電阻。 因此，NOR flash可以執行非常快速的讀取操作，使其非常適合執行low-level code和使用命令行驅動介面的小型應用程序。 除了初始化操作系統和應用程序之外，啟動還包括初始化診斷、周邊設備、通信通道、DRAM 通道和各種其他處理器設置。
NAND flash也是一種存儲電路架構，但它能夠以顯著節省位元成本的方式提供更大的嵌入式存儲密度。 存儲單元串聯在bit line和地之間，並且串聯 16 到 64 個晶體管可以消除每個晶體管的接地連接，從而減小存儲陣列的尺寸。 利用相同的光刻技術，NOR flash陣列比 NAND flash陣列大約 2.5 倍。 這些因素使得 NAND flash的生產成本比 NOR 低得多，成本節約體現在其定價和bit成本上。 憑藉比 NOR flash更高的密度擴展的主要優勢，NAND 擦除和寫入新數據的速度也比 NOR 更快，並提供採購專業人員所追求的成本效益，從而幫助驗證 NOR 替代策略。
在基於計算的系統中，快速的操作系統代碼執行和啟動很重要，但對於視覺界面需要時間初始化的移動應用程序來說，啟動並不那麼重要。 隨著大型操作系統和代碼存儲的發展趨勢，設備設計人員正在逐漸放棄嵌入式 NOR flash，因為與 NAND 相比，存儲密度有限且bit成本要高得多。
提供更大的存儲密度
從歷史上看，NOR flash和 EEPROM（electrically erasable programmable read-only memory）為初始化和啟動提供了基本的低級應用代碼存儲。 根據應用程序、操作系統和其他初始化數據的大小，NOR flash可容納 64 MB、128 Mb、256 Mb 和 512 Mb 容量的代碼存儲。 鑑於當今的使用案例，應用程序代碼存儲的要求已達到 1 GB 或更大的容量。 這是設備設計人員放棄嵌入式 NOR 的主要原因，因為single-level cell (SLC) NAND 是唯一能夠經濟高效地支持 1Gb+ 容量和許多目標應用的代碼存儲需求的flash。 隨著應用程序、操作系統和初始化數據大小的增長，當今使用SPI NAND flash的目標應用程序的經濟高效代碼存儲容量通常在 1Gb 到 4Gb 之間，某些應用程序需要 8Gb 容量（圖 1）。
降低設備和位元成本
並行介面使用多條彼此並行的線路同時傳輸數據，而SPI介面使用單根線路一次傳輸一位元數據。 隨著微處理器尺寸變得越來越小，並且越來越多的嵌入式功能被設計到更小的設備中，存儲介質的尺寸可能成為一個差異化因素，因為它與製造成本有關。 微控制器芯片必須更大才能支持高引腳數並行介面，這促使設備設計人員用SPI介面取代它們。 最常見的介面之一是Serial Peripheral Interface (SPI)。
SPI 是一種同步介面的規範，用於嵌入式系統中的短距離通信，自 20 世紀 80 年代中期推出以來已成為事實上的標準。 大多數通用主機處理器都包含該介面，並通過 SPI 控制器在微控制器和嵌入式flash之間發送數據。 基於 SPI、NOR 或 NAND 的嵌入式flash介質僅需要 8 條到處理器的走線，而等效的並行解決方案可能需要多達 23 條走線，並且 PCB 上的空間更大。 SPI 中的走線也可以比 NOR 中的走線大得多，從而為電路設計人員提供更多的設計和可靠性選擇。
與並行 NOR 和 NAND flash相比，嵌入式 SPI NAND flash具有引腳數少、封裝尺寸更小的優點，並且可明顯節省器件設計和 PCB 成本。 作為成本效益的一個例子，256Mb NOR flash的售價約為 4.002 美元，而 1Gb NAND flash的售價為 1.002 美元。 在設備層面，使用 NAND flash可節省 4 倍的成本，容量增加約 4 倍。
從每比特成本的角度來看，每 4 美元的 256Mb NOR 相當於每 Mb 0.0156 美元（4 美元/256Mb）。 具有 1Gb 容量的SPI NAND 每 1 美元相當於 0.001 美元，每一bit成本優勢超過 15.5 倍。
總結
當今的SPI NAND 市場主要是由許多需要更多代碼和數據存儲的工業和消費應用不斷增長的需求推動的。 隨著設備開發人員尋求能夠以每Gb位元最低可用成本提供存儲的高密度嵌入式存儲器解決方案，對嵌入式SPI NAND flash的需求正在不斷增加。 與 NOR 相比，它提供了兩全其美的優點：更高的代碼存儲密度和更低的物料成本。
鎧俠株式會社（原東芝存儲器株式會社）是 NAND flash的原創開發商，提供嵌入式 SLC NAND flash解決方案：
參考來源