NAND Flash最新发展趋势

在Flash应用产品中，因高、低容量产品各有其市场，故即使技术水准大幅落后的厂商，只要有利基产品，也能在毛利较低的低阶产品有所发挥，不会像DRAM产品，一但技术水准大幅落后，就要面临钜额亏损并退出市场。就市场规模来看，虽然依iSuppli的调查，2004年全球NAND Flash市场规模达63亿美元，年增率逾50％，尚不如NOR Flash的市场（但市场规模高达96亿美元，年增率29％）。但值得注意的是，同样颇具公信力的产业研调机构IC Insights指出，NOR Flash市场规模在今年将会衰退14％，降至79亿美元；反之NAND Flash则可望续扬25％，市场规模达81亿美元。由此不难嗅出NAND Flash的成长后劲。

NAND Flash成长后劲强

　相对于DRAM的成长趋缓，价格也数度探底，Flash在记忆体的围场中则相对表现不凡，甚至有供不应求的现象；Flash界元老级大厂M-Systems（亚洲艾蒙系统），对此又有怎样的体认？M-Systems指出，NAND Flash的主要趋力乃来自于对手持式和MP3市场需求的爆发性成长，和记忆卡一样，不论在数量及容量上都将突飞猛进。在需求如此高涨而强劲的情况下，即使在供应面陆续加入不少的Game Player，如：ST、Hynix和Micron等，仍无损该产业的前景；因为，这块市场大饼变大了！

　M-Systems的行销暨业务部协理朱斐绢表示，NAND FLASH出现于1980年代末期，最初由于成本甚高，仅为军方单位所采用；于1993、1994年之际，才迈入一般工业及产业应用（Industrial applications）阶段。直至十年后成本越趋合理化及NAND Flash适合储存大量资料的电子特性，渐渐被运用用于消费性电子产品如DSC、MP3等所需要的各式规格的小型记忆卡。但随着人们对手机、PDA及DSC等高移动性电子产品记忆容量需求的迅速攀升，导致NAND Flash也逐渐入侵NOR Flash的原有腹地；虽然NOR Flash较早为业界采用，但由于其成本较高及写入速度较慢的先天弱势，使其似乎仅能停留在注重执行速度，或小量资料储存系统应用的利基之地（如：电脑的BIOS设定、CD ROM、印表机、STB等）。

　M-Systems并透露说，事实上，NAND的装置是走在摩尔定律之前，每年在容量上都有实质的倍增，其中很大一部分是得益于由与长期的合作伙伴Toshiba所共同研发的MLC（Multi-Level Cell，多层晶胞）技术，这对价格的降低和容量的提升助益良多。

　快闪记忆体（Flash Memory）由EEPROM演化而来，但价格较便宜且位元密度较高；多用于PC Card记忆卡，主机板和Smart Card。近年来，随着写入速度、高容量及单位位元价格下降等因素考量，对声音、影像等资料（例如MP3）的嵌入式储存也成为快闪记忆体技术发展的另一主流。

▲表1：NAND Flash的主要供应商

嵌入式储存媒体当道

　面对储存媒体的多元化发展，M-Systems则认为可分为两大趋势来谈：嵌入式和可移除式来谈，其中又以嵌入式Flash成长最快；这样的成长动力甚至迫使Microdrives（微硬碟）只能退居利基市场。FAE协理汪铭智则补充说，相较于微型硬碟，Flash具有下列规格优势：较耐撞击、原声杂讯较少、耗电较低、较无温度过热问题，最重要的是可靠性较佳；因为微硬碟在本质上仍是机械架构，须借重马达驱动碟片和读取头，不仅外观尺寸和成本问题居高不下，其耗电量和资料损毁的风险亦较高。

　基于上述种种原因，即使微硬碟价格已大幅滑落，制造商仍被迫须固守一个底限价格才不致侵蚀成本，顶多只是在成本结构有所改良后，能让消费者以相同的价格，买到更大的容量；就现况来说，1～1.5Gb容量的仍多以NAND为优先，1.5Gb以上的才会考虑微硬碟。到了2006年，NAND的市场区间可能向上逼近至2Gb～5Gb，而与微硬碟的临界点将会落在4Gb左右。

　NAND型快闪记忆体的应用除了内建在机器上，为了扩充及使用方便，亦有像软碟片一样可携带式的包装，也就是快闪记忆卡，如：Compact Flash、Smart Media、Multi Media Card、Memory Stick与Secure Digital等。然而，随着现代人对数位电子产品的依赖日深，对基本储存容量的需求亦快速地突飞猛进，因此，嵌入式Flash Memory的行情便跟着一片水涨船高。

　M-Systems还提出一个有趣的观点：若从站在电信营运商的立场来思考，当然希望消费者能尽量利用移动装置的网路下载服务，如果手机的储存装置皆把重点放在可移除式的记忆卡，且并未和手机同时搭售的话，那么精明的消费者极有可能习惯性地以PC下载资料至记忆卡上，如此一来，将失去手机资料下载服务的推进力。再换个角度，若记忆卡采取和手机搭售的方式，又势必增加整体的BOM Cost；因此暂且不论消费者随时存取影音资料的行为模式已蔚为风气，恐怕营运商或手机厂对嵌入式记忆体的期待，更要来得殷切。故M-Systems认为，记忆卡将日渐走向「扩充」之途，与嵌入式记忆体不但无相互取代之虞，反能相互为用。

　多媒体市场的蓬勃，对于各项大容量数位储存装置需求愈来愈大，尤其行动装置对体积小、价格低、成本低的储存装置需求更是强烈；以往受限于容量和成本，功能难以突破，而M-Systems的NAND技术乃模拟硬碟而来，称为EFD（Embedded Flash Drive），兼具机械硬碟灵活性的与Flash的可靠性。其和Toshiba有着长远的合作关系，早在1998年已可将controller、NAND和SRAM做到同一个裸片中（Single Die），随后于2002年所发表的合作成果--X2技术，顿使过去因储存技术而受限的行动装置影音功能，在容量及稳定性上有所提升。以往MLC NAND Flash虽然藉由电位组合增加传统二元NAND Flash储存空间，但仍有许多问题待改善，如电压准确性、连续写入、速度及效能表现受到影响等，有时甚至会造成系统不稳定导致资料流失，X2技术则可一举改善上述缺点。

　EFD是针对手持式装置的储存媒体，可截长补短NOR Flash在执行面的优势，兼顾存取速度和高容量。NAND媒体原是为储存资料而设计，因此当常态加入controller之后，在成本缩减上有些差强人意之处；正规的CPU会不知如何去存取NAND，因为它无法主动执行程式码或开机，对于可靠度议题的处理亦感乏力。因此若要建构一个完善的嵌入式记忆体，必须在基本的NAND之外再加上一个支援所有处理器的NOR介面，和一些应付开机动作的XIP能力、侦错／电源管理、效能改善和安全控管等，才足以整合并最适化用作嵌入储存的媒体。

▲图1：采用MLC技术的NAND Flash，每个晶胞中可放入两个位元，使容量倍增

手机为重点市场

　如前所述，NOR和NAND在技术本质上有着极大的差异。但有一点可以肯定的是，随着可携式产品的风起云涌，对储存容量的需求也正以几何级数快速成长着；以MP3播放机为例，其平均的容量基准，已从256Mb渐往1Gb的方向移动。在这样的情境条件下，以储存应用见长的NAND Flash的发展空间亦不可限量，其中手机市场，仍是最为令人翘首企盼的黄金区块；朱斐绢说，其实打从三年前，部分较高阶的手机就已开始内建NAND Flash了。

　即使在手机内建摄影功能已司空见惯的今天，NOR似乎尚可勉为独撑「Feature Phone」或「Basic Phone」大局；但随着手机功能愈形繁复、相机画素动辄以megapixel起跳，迈向所谓的「Smart Phone」（智慧型手机），在文件、影音及即时资讯等数据交互错落下，NAND Flash的入列已属必然，方能支应这庞大的储存需求。至于对手机市场趋势的演变，朱斐绢和汪铭智表示，在可预见的未来，消费族群很可能由现在的「金字塔式」分布—仅具备基本通讯功能手机的持有者仍为多数，转而呈现菱形或倒三角的型态—居于中价位的Feature Phone手机、甚至高阶Smart Phone的持有者将成主流。为此，M-Systems最近更积极和ADI及TTPCOM两大在功能手机领域发展有成的厂商合作。

此外，M-Systems于2004年10月间宣布推出MegaSIM卡模组的计画，完全相容的（U）SIM（整体用户识别模组）卡，预定于今年下半年度上市。这是无线通讯市场首度出现结合高容量的快闪记忆体，可供所有第二代和第三代GSM服务业者使用，进行用户身份的识别与认证，并储存手机设定及号码。与市面上其他SIM卡的相异之处，在于MegaSIM卡提高安全记忆体容量，行动网路业者及手机厂商再也不用另结合多种功能及智慧型手机所需的记忆卡。

　这套相当于拥有双卡组合（SIM卡+记忆卡）的MegaSIM卡模组，可节省空间和成本，并能向下相容无线通讯业界标准，以整合而安全的方式来散布受著作权保障的内容与服务。此外，其可提供16~256MB的解决方案，扩充性佳，可符合广大市场对记忆体的需求；且日后欲升级或更换手机时，能以标准化方式，将用户及随身资料轻松转移到新手机上。

　推出MegaSIM卡是M-Systems进入强化SIM卡领域的重要触媒。尽管主要用户群愿意付费取得服务，并不意味着他们也愿意支付更多费用于手机上；因此，行动业者正寻求以最具成本效益的方式支援提供新服务的手机设计。提高SIM卡的记忆体容量，不仅让手机的发展得以简化，还能为服务的推出及用途提供更多的选择方案。至于企业市场，此举同样能确保资料能够更安全地储存在手机内，同时集中控管多具手机。

专精发展、领导结盟

　聚焦于快闪数据储存产品、曾经在PDA的快闪记忆体市场呈现独占局面的M-Systems，近来以两大快速成长的消费性数位电子设备市场为目标：一是DiskOnKey挈ㄚ～着重的USB（统一序列埠）快闪磁碟市场，一是Mobile DiskOnChip产品着重的多媒体行动装置市场（预计今年年底前可达2Gb的容量）。已获取专利的TrueFFS息玮N应用于嵌入式系统、网路装置、行动及电讯市场，目前产品包括DiskOnChip恣BDiskOnKey及Fast Flash Disk（FFDTM）产品系列。其中TrueFFS技术的磁区及档案层级皆与硬碟相容，可提供完整之资讯读／写能力及硬碟模拟；使用TrueFFS再加上内建之EDC/ECC（错误侦察及除错），即使在最严格的操作条件下，也能提高资讯保存的可靠性。其先进的损耗平衡功能（Wear leveling）可提供最长之快闪际记忆体寿命及最大之使用量。

▲图2：TrueFFS Block Diagram

　身为Flash Memory的先驱厂商，M-Systems于今年一月间偕同另一USB快闪磁碟市场大厂SanDisk，宣布成立全新的U3软硬体平台，旨在提供实际相关的IP和专业技术知识给U3平台，将USB快闪磁碟市场，从简单的储存装置，转型成有趣的消费性新产品，让人们在前往各地时，能随身携带自己的应用程式和数据，还能透过任何一台电脑储存与启动。

▲图3：DiskOnChip架构　

USB快闪磁碟技术能在电脑之间传输庞大数据量，早已获消费者肯定。基于这项成功，厂商已推出崭新具体的解决方案，以求将USB快闪磁碟运用在储存以外的领域。可惜的是，这些努力却由于缺乏所需的标准化，无法确保多家厂商能够跨作业系统运作且具相容性，因而遭到阻碍。

　如今，尽管依然没有标准能让独立软体研发商制作出适合所有USB快闪磁碟且安全的携带式应用程式，但至少消费者若购买U3相容的USB快闪磁碟，就能随身携带U3相容的应用程式随身走。此平台目前已获Microsoft、ICQ、McAfee、MedicAlert Foundation及Check Point Software等厂商的支持。（本文转载于电子与电脑杂志2005年5月号）