NAND FLASH的速度是不是比W25Q64快
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一、接口传输模式对I/O速度的影响 riple
采用ONFi 2.0提出的DDR接口,提高了I/O数据传输速率:源同步(缩小了建立保持时间要求)、双边沿触发(加倍了数据传输速率)。 riple
二、Block结构和生产工艺对Array传输速度的影响 riple
与上一代NAND Flash相比,Page容量加倍,在Array传输时间基本不变的情况下,等效地加倍了Array传输速度。 riple
72nm到50nm的工艺改进,缩小了芯片面积,提高了芯片速度(读Array速度提升不明显,写Array速度提升了1倍),降低了功耗。 riple
三、缓冲与缓存对速度的影响 riple
Micron的NAND Flash的一大特点是:每一个Plane对应一个Page大小的缓冲(data register)和一个Page大小的缓存(cache register)。数据写入的顺序是:I/O -> cache register -> data register -> Plane,数据读出的顺序刚好相反。缓冲(data register)与缓存(cache register)之间的数据传输速度很快,data register可以把I/O操作和Array操作分隔开,形成I/O操作和Array操作的“两级流水线”。这种结构与上一代NAND Flash一样。(其实,4个Plane对应4个data register和1个cache register即可) riple
四、多Plane操作对速度的影响 riple
4个Plane对应4组缓冲与缓存,每一组可以分别操作。2个Plane交替操作,可以实现“乒乓操作”,达到2倍的Array访问带宽。4个Plane交替操作,可以实现“乒乒乓乓操作”,达到4倍的Array访问带宽。在上一代的NAND Flash芯片中,采用2Plane结构是比较常见的。 riple
五、200MB/s的读速度和100MB/s的写速度是怎样得到的 riple
读I/O时间:1Toggle/Byte x 6ns/Toggle x 4096Byte/Page = 24.6us/Page,与读Array时间30us/Page近似。在采用cache模式的读操作下,两级流水线的速度取决于“I/O速度”和“读Array速度”中较慢的一个,不采用多Plane操作,平均速度只能达到读Array速度,即4096Byte/30us =136MB/s;在2Plane模式下,读Array时间缩短至15us/Page,小于读I/O时间24.6us/Page,两级流水线的速度取决于“I/O速度”,平均速度达到I/O速度4096Byte/24.6us = 166MB/s,这与宣传中200MB/s的速度还有些差距。我们采用的I/O周期值是数据手册给出的,芯片实际能够运行的I/O速度往往要略高一些:在上面的分析中,只要I/O周期缩短至5ns/Toggle,“超频”后的读I/O时间就缩短至20us/Page,大于读Array时间15us/Page,两级流水线的速度仍然取决于“I/O速度”,这样一来平均读取速度就能达到4096Byte/20us =200MB/s。(从上面的分析看,如果不对I/O速度进行“超频”,平均读取速度是达不到200MB/s的,看来宣传还是略有夸张的) riple
写I/O时间:1Toggle/Byte x 6ns/Toggle x 4096Byte/Page = 24.6us/Page,与写Array时间160us/Page相差很多,单独采用cache模式不够,还要采用4Plane的“乒乒乓乓操作”,缩短写Array时间,尽量均衡流水线的两级操作时间。4Plane模式平均Array写操作时间为一次Array写操作时间的1/4,40us/Page。所以在cache模式配合4Plane模式的写操作下,流水线的速度等于流水线两级中最慢的“平均Array写速度”,可以近似为:4096Byte/40us = 102MB/s。 riple
从上面的分析可以看出,I/O速度限制了读取速度的最大值,在ONFi 3.0预计的400MB/s的I/O速度实现后,NAND Flash的平均读取速度也能够达到400MB/s(这回就要采用4Plane模式了);Array传输速度限制了写入速度的最大值,如果不对芯片的内部结构和生产工艺进行改进的话,NAND Flash的平均写入速度很难进一步提高。
采用ONFi 2.0提出的DDR接口,提高了I/O数据传输速率:源同步(缩小了建立保持时间要求)、双边沿触发(加倍了数据传输速率)。 riple
二、Block结构和生产工艺对Array传输速度的影响 riple
与上一代NAND Flash相比,Page容量加倍,在Array传输时间基本不变的情况下,等效地加倍了Array传输速度。 riple
72nm到50nm的工艺改进,缩小了芯片面积,提高了芯片速度(读Array速度提升不明显,写Array速度提升了1倍),降低了功耗。 riple
三、缓冲与缓存对速度的影响 riple
Micron的NAND Flash的一大特点是:每一个Plane对应一个Page大小的缓冲(data register)和一个Page大小的缓存(cache register)。数据写入的顺序是:I/O -> cache register -> data register -> Plane,数据读出的顺序刚好相反。缓冲(data register)与缓存(cache register)之间的数据传输速度很快,data register可以把I/O操作和Array操作分隔开,形成I/O操作和Array操作的“两级流水线”。这种结构与上一代NAND Flash一样。(其实,4个Plane对应4个data register和1个cache register即可) riple
四、多Plane操作对速度的影响 riple
4个Plane对应4组缓冲与缓存,每一组可以分别操作。2个Plane交替操作,可以实现“乒乓操作”,达到2倍的Array访问带宽。4个Plane交替操作,可以实现“乒乒乓乓操作”,达到4倍的Array访问带宽。在上一代的NAND Flash芯片中,采用2Plane结构是比较常见的。 riple
五、200MB/s的读速度和100MB/s的写速度是怎样得到的 riple
读I/O时间:1Toggle/Byte x 6ns/Toggle x 4096Byte/Page = 24.6us/Page,与读Array时间30us/Page近似。在采用cache模式的读操作下,两级流水线的速度取决于“I/O速度”和“读Array速度”中较慢的一个,不采用多Plane操作,平均速度只能达到读Array速度,即4096Byte/30us =136MB/s;在2Plane模式下,读Array时间缩短至15us/Page,小于读I/O时间24.6us/Page,两级流水线的速度取决于“I/O速度”,平均速度达到I/O速度4096Byte/24.6us = 166MB/s,这与宣传中200MB/s的速度还有些差距。我们采用的I/O周期值是数据手册给出的,芯片实际能够运行的I/O速度往往要略高一些:在上面的分析中,只要I/O周期缩短至5ns/Toggle,“超频”后的读I/O时间就缩短至20us/Page,大于读Array时间15us/Page,两级流水线的速度仍然取决于“I/O速度”,这样一来平均读取速度就能达到4096Byte/20us =200MB/s。(从上面的分析看,如果不对I/O速度进行“超频”,平均读取速度是达不到200MB/s的,看来宣传还是略有夸张的) riple
写I/O时间:1Toggle/Byte x 6ns/Toggle x 4096Byte/Page = 24.6us/Page,与写Array时间160us/Page相差很多,单独采用cache模式不够,还要采用4Plane的“乒乒乓乓操作”,缩短写Array时间,尽量均衡流水线的两级操作时间。4Plane模式平均Array写操作时间为一次Array写操作时间的1/4,40us/Page。所以在cache模式配合4Plane模式的写操作下,流水线的速度等于流水线两级中最慢的“平均Array写速度”,可以近似为:4096Byte/40us = 102MB/s。 riple
从上面的分析可以看出,I/O速度限制了读取速度的最大值,在ONFi 3.0预计的400MB/s的I/O速度实现后,NAND Flash的平均读取速度也能够达到400MB/s(这回就要采用4Plane模式了);Array传输速度限制了写入速度的最大值,如果不对芯片的内部结构和生产工艺进行改进的话,NAND Flash的平均写入速度很难进一步提高。
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