NOR Flash與NAND Flash最大的差異在於「記憶單元的連接方式與存取單位」。NOR將單元並聯,可直接存取位元線,約100ns即可完成以位元組為單位的隨機讀取,最適合微控制器韌體的直接執行(XiP)。NAND將單元串聯,以頁為單位(256Byte~16KB)存取,因此隨機讀取較慢(~25μs/頁),但憑藉高密度、大容量與高速的頁寫入,成為SSD與手機儲存的主角。
主要差異
| 比較項目 | NOR Flash | NAND Flash |
|---|---|---|
| 單元連接方式 | 單元並聯(NOR邏輯)→可直接存取位元線 | 單元串聯(NAND邏輯)→以頁為單位存取 |
| 隨機讀取 | 快速、以位元組為單位(匯流排存取時間:~100ns) | 慢、以頁為單位(~25μs/頁) |
| 寫入速度 | 慢(以位元組、字組為單位) | 快(以頁為單位:256Byte~16KB) |
| 抹除單位 | 以磁區為單位(64KB~512KB) | 以區塊為單位(128KB~4MB) |
| 寫入耐久度 | 高(10萬~100萬次) | 中等(SLC:10萬次,TLC:1000~3000次) |
| 位元單價・密度 | 昂貴、低密度(最大也只有數Gb左右) | 便宜、高密度(數GB~數TB) |
| 主要用途 | MCU、IoT裝置的韌體儲存、程式碼儲存(XiP) | SSD、eMMC、UFS、USB隨身碟、智慧型手機儲存裝置 |
| 主要廠商 | 華邦電(Winbond)、旺宏(Macronix)、Microchip | 三星、鎧俠(Kioxia)、SK海力士、美光(Micron)、Western Digital |
XiP(eXecute in Place)與NOR Flash的優勢
NOR Flash最大的優勢在於「XiP(eXecute in Place)」功能,CPU可像存取ROM一樣直接指定位址讀出程式碼並執行。微控制器(MCU)、汽車ECU、工業控制設備、醫療設備會將韌體存放在NOR Flash中,系統啟動後無需將程式碼複製到RAM即可直接執行。如此可縮短開機時間並節省RAM容量,是資源受限的嵌入式系統不可或缺的特性。
NAND Flash的演進:3D NAND・TLC/QLC
NAND Flash從2D(平面)轉向3D(垂直堆疊)結構,使位元單價快速下降。目前的3D NAND由堆疊128~300層以上的單元構成,每1顆晶片可實現超過1Tb的容量。依單元的訊號狀態數可分為SLC(1bit)、MLC(2bit)、TLC(3bit)、QLC(4bit),QLC NAND可為SSD實現低成本大容量,但寫入耐久度較低。2D與3D NAND的詳細內容請參閱2D NAND與3D NAND的差異(堆疊結構、成本與可靠度比較),NAND與DRAM的比較請參閱NAND與DRAM的差異是什麼|速度、用途與製造製程全面比較。