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標題: 面臨重重考驗的NAND快閃記憶體發展 [打印本頁]

作者: et001830 時間: 2007-5-16 04:07 PM 標題: 面臨重重考驗的NAND快閃記憶體發展

面臨重重考驗的NAND快閃記憶體發展
林宗輝卅DIGITIMES 2007/05/10

前言：自從蘋果電腦推出iPod之後，市場對快閃記憶體的需求也如雨後春筍般的大幅成長，除了iPod這個推廣動力以外，各種智慧型手持式裝置的風行也形成了應用推廣上的助力。不過需求成長，記憶體廠商的供應也隨之成長，且幅度顯得要比市場需求來得大。

傳統快閃記憶體面臨應用發展限制
市場的供過於求，讓記憶體廠商面臨了相當嚴重的問題，首先，目前佔市場主流的NAND快閃記憶體已經是非常成熟的技術，廠商之間互分高下的關鍵僅在於製程方面的改進，以求在最小面積內獲得最大的儲存空間，讓晶圓得以充分發揮其經濟價值，但是製程的改善並非毫無止盡，當製程小到某種程度之後，其生產成本與產量規模將會產生碰撞，無法讓利潤隨之同步成長。
其次，快閃記憶體的應用受到了侷限，在發展上不易求得突破：除了原先的各種嵌入應用以外，缺乏其他可以激發更多需求的產品。雖然目前快閃記憶體朝向大容量高速應用發展，但講求容量，單一硬碟機容量已經由日立公司搶先達到1TB的程度；講求速度，高昂的成本使其難以達到普及化的程度，加上先天讀寫壽命的缺陷，雖然可以透過各種讀寫邏輯來加以改善，但是，以目前來說，快閃記憶體仍難有大量成長的機會。也因此，市面上的快閃記憶體產品大多是非常熟悉的老面孔，缺乏新應用的動力，也讓記憶體廠商手腳難以伸展。

Vista潮流帶來的新應用
Vista為快閃記憶體廠商帶來了2大市場機會，這2大機會分別是ReadyBoost以及SSD固態硬碟，但是這兩大技術都有其技術與市場應用上的限制。

■效能成本比例不佳的ReadyBoost
隨著微軟Vista而來的ReadyBoost技術，被不少快閃記憶體廠商視為拓展市場的機會，因為ReadyBoost技術本身是基於SuperFetch技術之下，而此技術藉由充分利用主記憶體的空間，並且利用智慧型演算法來預先判斷使用者可能會載入的檔案內容，將之載入到原先在XP時代被閒置的預留記憶體空間中，因此也就能造就讀取變快的結果。而ReadyBoost則是利用諸如快閃隨身碟等外部儲存裝置，來儲存原先必須直接載入到記憶體空間的預取檔案，換言之，就是在硬碟與記憶體之間建立1個緩衝空間，畢竟主記憶有其容量極限，無法載入太多預取資料，否則可能會影響到正常作業所需的I/O效率。
不少使用者疑慮，隨身碟速度頂多只有一般硬碟機的3成左右，加入緩衝機制當中，不是反而會拖累系統效能才對？不過Vista主要是利用隨身碟極為短暫的隨機存取延遲，將小區塊的零碎檔案預先載入到隨身碟當中，避免硬碟機在搜尋這些零碎檔案時會付出太多代價，用在筆記型電腦中，則可以。不過在實際應用上，ReadyBoost在小容量主記憶體（比如說512MB）的系統中會有較大的加速效果，當主記憶體超過1GB以上，其效率成長也會成等比級數下降，當主記憶達到2GB以上時，其加速效果已經微乎其微，而是應用的不同，如影像處理過程中，必須讀取儲存空間連續的大容量影音或圖形檔案時，ReadyBoost也將不具備任何加速效果。
如果Vista趕在去年底隨機存取記憶體價格高昂時推出，那麼ReadyBoost或許是個相當不錯的應用機會，但是2007年記憶體價格崩盤，隨機存取記憶體價格平均大跌50％以上，因此對消費者而言，與其外接個效用不甚明顯的外部儲存裝置，不如以類似的價錢升級內建的記憶體，得到的加速效果還要來得更為明顯。ReadyBoost的構想非常不錯，只可惜生不逢時。
雖然ReadyBoost有這些劣勢存在，但是半導體大廠Intel仍積極將ReadyBoost導入其下一代的Centrino平台中，藉由系統匯流排直接連接容量不等的快閃記憶體做為內建加速之用，可免除傳統USB頻寬低、佔用系統資源高且需與其他周邊共享的問題，相信可以進一步提升此技術的實用性。不過以Intel過去的平台發展經驗來看，這些快閃記憶體需求其他廠商很難加以染指。

■過於昂貴導致競爭力缺乏的固態硬碟
SSD固態硬碟是近2年來的新玩意，雖然跟Vista的推出並無直接關連，但是其在UMPC中採用的比例非常高，而近來採用Vista為作業系統的UMPC產品有逐漸增加的趨勢，為了平衡Vista在系統效能與功耗方面的弱勢，加上UMPC本身就是高成本高利潤產品，採用SSD做為儲存媒體也將成為勢之所趨。
由於SSD儲存裝置不需要機械結構，因此幾乎不存在所謂的隨機讀取延遲問題，但是其持續讀寫效率頂多也只能和傳統硬碟機打平，這是由於採用快閃記憶體的SSD依舊是利用傳統區塊寫入卅抹除的方式，在此方面的效率改善非常依賴讀寫策略的設計。其次，SSD依然會受限於傳統硬碟介面或匯流排的傳輸速度，因此在大流量傳輸方面並不會比傳統硬碟機更佔優勢。
其次，截至目前為止，SSD依然無法突破成本限制，每一儲存單位成本過高，使其可用容量成長速度緩慢，雖然目前已經有廠商推出容量高達512GB的產品，但以目前每GB約10美元的價格比例來看，該產品價格可能要高達5,000美金以上，同等容量的硬碟機僅需不到200美金，價差過於懸殊。而固態硬碟的可靠性也是最被質疑的1點，傳統硬碟機雖然機械結構相對容易損壞，但其資料儲存媒體本身不大會受到損害，因此即使是電路版或者是馬達損壞，依然可以藉由專業服務救回資料。至於SSD方面，雖然沒有機械結構，相形之下硬體本身的可靠性要更高，但是快閃記憶體本身有物理讀寫壽命限制，萬一特定讀寫區塊損壞，儲存於其上的資料將徹底消失，無法藉由任何手段還原。

追求MLC化的NAND快閃記憶體
由於快閃記憶體的大量應用在消費性產品之中，這些消費性產品往往都對價格非常敏感，消費者在選擇產品時，除非有特定的品牌取向，否則幾乎都是以價格來做為選擇產品的依據，在諸如MP3隨身聽、PMP 之類的產品之中，快閃記憶體更是左右了產品價格。
最常被應用於消費性電子產品的NAND快閃記憶體依儲存結構的不同，通常可分為2類，一般最常看到的類別就是SLC產品，也就是Single Level Cell結構，在單一電晶體中可以儲存1個bit的資料，而另一類MLC則是利用多種不同電壓的控制，讓單一電晶體可以儲存2個bit以上的資料。雖然MLC結構存在有非常多的缺點，比如說壽命短、速度慢、控制晶片成熟度不足等等，但是其最大的優勢是可以大幅增加快閃記憶體的可儲存容量，目前主流的MP3隨身聽多已經採用MLC結構NAND快閃記憶體，雖然理論壽命短，但是仍可滿足在產品使用年限（3∼5年）內仍可正常讀寫資料的基本要求。對於容量與成本錙銖必較的消費性產品而言，高容量表現這個優點是MLC技術足以讓廠商忽視其他缺點的最大本錢。
雖然目前追求高可靠性的SSD或隨身碟、記憶卡產品仍多使用SLC結構，但這也是MLC的問題癥結點，畢竟以目前的技術而言，近期之內仍無法大幅改善MLC NAND的可靠性，不過純NAND的發展已經接近極限，不論是SLC或者是MLC，其可發展空間已經不會太大。

次世代快閃記憶體短期難接手
目前最熱門的接手人選應該是由Intel所主導的PCRAM（相變記憶體），由於業界支持廠商眾多，各大半導體廠商均將PCRAM的發展列入重點計畫，深怕在次世代快閃記憶體戰場中落後於競爭對手，雖然PCRAM理論特性相當出色，但是其生產技術非常複雜，加上造成及還原結晶狀態所需的溫度需要高達600℃，且不能影響到鄰近儲存單元的狀態，技術難度非常高，因此其商用化的步調也越走越慢。
除了PCRAM以外，還有FeRAM、MRAM以及polymer記憶體，這些記憶體同樣都面臨了實際生產上的挑戰。PCRAM、FeRAM、MRAM以及polymer記憶體這些號稱次世代快閃記憶體都不約而同的在數年前宣稱自己是快閃記憶體的接班人，甚至能夠取代隨機存取記憶體的地位，但是隨著時間過去，理論技術依然維持其理論的定位，反而目前的快閃記憶體以及隨機存取記憶體都以各種形式不斷的延續其生命週期，這麼一來，當半導體廠商還能依靠舊產品獲利時，對於推行新產品的意願就不會那麼高，畢竟新產品要新的生產設備以及生產技術，而這些都需要花費大筆的成本。
次世代快閃記憶體的前景尚未明朗，不同技術陣營也都面臨了程度不同的難題，沒有任何一家記憶體業者能夠完全確認自己的技術可以在市場上獨當一面。在此狀況之下，貿然在新技術投下太多的資金並不是非常明智的行為。諷刺的是，老舊的快閃記憶體技術在半導體製程以及封裝技術不斷翻新之下，依然有著相當不錯的獲利前景，由此看來，次世代的快閃記憶體技術的最大競爭者並不是彼此，反而是這些老而不死的NAND快閃記憶體。而某些研究單位也指出，目前通行的快閃記憶體基礎架構仍將維持10年以上。

作者: bigbluetw 時間: 2007-5-26 09:45 AM

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作者: ntpig 時間: 2007-5-26 05:42 PM

無可否認的，它的多功能用途，讓我們多了好多的消費性電子產品，真好。

作者: sky215223 時間: 2007-6-1 08:49 PM

這些時代性的商品不知道哪一天才能普及的啊!

作者: grayshadow 時間: 2007-6-2 08:09 AM

的確, 若快閃記憶體的發展單集中在製程方面的改進
是會很快就碰到瓶頸,
而且單增大容量也不見得能吸引太多消費者,
現時的就傳統功能而言已足夠有餘,
所以個人認為把發展集中在讀寫速度的改進上會較佳吧?
(當然, 小弟也知道這其實是很難的~)

作者: ack0011 時間: 2009-5-23 12:10 AM

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