串行NAND在汽车电子领域的应用
NOR Flash多年来一直作为汽车的一种可靠技术，如今已应用于各种汽车系统，包括仪表集群、信息娱乐和远程信息系统。
在这些应用程序中，这种非易失性内存为应用程序代码提供了存储容量，提供了可靠的操作和足够快的读取速度来支持实时执行(Execute-in-Place, XiP)，即主机处理器直接从Flash运行代码，绕过外部DRAM。
NOR Flash在ADAS概念的新兴实现中也扮演着重要角色，ADAS概念在现有的汽车中已经实现了半自治的高速公路驾驶功能，如自适应巡航控制和车道保持。自动驾驶技术的发展速度非常快，因此在未来几年里，越来越多的汽车程序将由包含Flash的电子系统控制。
在ADAS，以及仪表集群和其他地方，Flash是安全关键系统中的一个组件:这样一个系统的任何不受控制的故障都有可能使车辆变得不安全或无法控制。为管理及减低系统未能按指定操作的风险，汽车业界已实施ISO26262功能安全标准，其中包括:
在设计阶段强制要求对系统设计功能失效的方式进行严格分析
为整个系统指定非常低的最大故障率
要求系统可靠、快速地检测功能故障
要求系统采用可靠的方法安全生存，并从任何可预见的功能故障中恢复
因此，汽车系统原始设备制造商开始要求开发一种新的Flash集成电路，这种电路能够比前几代设备更好地支持系统级的功能安全设计要求。本文研究了传统的Flash集成电路的工作模式，并说明了新汽车串行Flash产品如果要完全支持系统设计者遵守ISO26262标准的努力，将需要提供的特征。
这些功能性的安全特性很可能在串行或闪存(目前在嵌入式系统中用于引导代码存储的闪存类型)和单级Cell (SLC) NAND闪存中都可以看到。实际上，对于不需要很高的程序/擦除周期，也不需要实现XiP的应用程序中的代码存储，串行NAND是NOR Flash的有效替代方案。华邦电子（华邦电子）的SLC NAND技术采用46nm工艺制造，该工艺已被证明是高质量，在功能性安全应用方面优于采用新的、更小的几何形状制造的系列NAND产品。它还提供的数据保留期可与55-65nm或闪存相媲美。
串行NAND的优势在于其固有的低成本——一个NAND闪存单元比NOR闪存单元小四倍。与NOR Flash相比，NAND Flash的写入时间要短得多，因此在执行无线(OTA)软件更新的系统中，它是一项有价值的技术。由华邦电子提供的车载纠错码(ECC)引擎和支持跨页面和块边界的高速连续/顺序读取能力，串行NAND现在正被汽车功能安全应用程序的设计者纳入考虑范围。
诊断数据的重要性
需要说明的是，NOR闪存技术非常可靠，而且设备的运行寿命是可预测的。而Flash集成电路没有在该领域证明自己的品质，汽车原始设备制造商对这项技术的偏爱是基于其在当今道路上数百万辆汽车上的使用经验。ISO 26262标准规定了四个“ASIL”等级(汽车安全完整性等级)的可靠性和其他参数。最严格的等级ASIL-D适用于最安全关键的系统，如转向系统或刹车系统，它将系统级的最大故障率设置为<10 FIT(在时间上的故障)，即每十亿个设备小时的故障率。
单点和潜在故障的最低检出率，以及ISO 26262标准规定的最大故障率
尽管如此，汽车制造商为遵循ISO 26262的合规性，要求找到一种方法来识别NOR闪存IC理论上仍然可能发生的任何故障。在传统设备中，用户无法获得维持数据完整性和数据保留的功能。这种封闭操作与功能安全原则相冲突，功能安全原则要求主机系统监视部件的故障，或监视表明可能发生故障的不正常行为，并执行旨在保持正常功能的应对措施。
这意味着NOR Flash IC在ISO 26262兼容系统中使用时，必须向主机控制器提供诊断数据，并提供主机修改IC操作的方法，以应对数据显示的更高的故障风险。
NOR Flash IC的两个主要特性提供了这些数据:
ECC引擎，它通过检测和纠正读操作中的位错误来维护数据的完整性
允许对ECC引擎的运行进行定期测试的用户模式
ECC数据如何支持功能性安全操作
在传统的NOR Flash IC中，ECC引擎在后台运行，以多字节粒度检测和纠正位错误，不通知主机控制器。然而，事实上，这些ECC[1]数据可以以各种方式促进功能性安全合规。ECC引擎能够纠正单位错误(当主数据位和奇偶校验位之间只有单位差异时);检测(但不纠正)双位错误。
通过向主机控制器提供状态寄存器，NOR闪存设备可以指示最近的读操作是否有三种可能的结果之一:
1.良好的数据，不需要纠错
2.修正错误后的良好数据
3.无法纠正的错误数据
这些“事后”信息可用于帮助维护长期的数据完整性。但ISO 26262要求汽车系统在出现故障时进行检测，并立即采取相应措施。来自华邦电子的新型自动NOR Flash IC，可通过专用错误引脚提供实时错误信息。此引脚可以被断言，以指示无法纠正的数据的确切位置。用户还可以选择错误pin是表示纠正的单比特错误，还是表示检测到的不可纠正的双比特错误。
然后，主机可以使用来自状态寄存器、错误pin或两者的信息来构建错误寄存器——实际上是NOR Flash阵列的“映射”，记录位错误的位置。然后，主机可以设置一个阈值，以便当某个位置(例如某个特定块)发生的错误数量超过这个阈值时，该位置就从内存中“退休”了。
识别潜在故障的方法
到目前为止，上述所描述的措施是关于单点故障处理，ISO 26262标准为每个ASIL等级指定了最低检出率。但该标准还要求汽车系统检测“潜在故障”。潜在故障本身并没有违反功能安全要求，但是它可以与第二个故障一起违反这些要求。
在NOR Flash IC中，存在潜在的潜在故障- ECC引擎故障就是一个例子。正常运行时，NOR Flash技术可靠性高，很少需要纠错。因此，只要ECC引擎故障不会导致它错误地纠正好位，故障通常不会引起注意。但是，当由于ECC引擎故障(一个潜在的故障)导致单个坏位未得到纠正时，这两个故障的组合将对功能安全构成风险。
为了检测潜在的ECC引擎故障，华邦电子的automotive NOR Flash IC提供了特殊用户模式和ECC编码器读取命令:这使用户能够将主数据模式注入到内存中，并从ECC引擎中读取主数据和它生成的奇偶校验数据。如果奇偶校验数据不正确，可以将ECC引擎标记为错误。
同样，用户模式可用于检查ECC解码操作:在用户模式下，用户将主数据和奇偶校验数据加载到ECC引擎中，并使用特殊的ECC解码器Read命令将主数据读回。在主数据和奇偶校验数据中可能会引入单位和双位错误，检查ECC引擎是否正确执行单位错误校正和双位错误检测。华邦电子的建议是，每次系统启动时都应该执行ECC引擎检查。
新的安全功能可用于生产部件
为了满足ADAS产品和其他汽车系统制造商的需求，华邦电子现在正在将上述功能安全特性集成到一个新汽车NOR Flash系列产品中。Quad 3V系列具有最大80MB/s的数据传输速率，可用于256mbit和512mbit密度的采样。1Gbit 3V部件(两个堆叠的512Mbit模具)将在2020年下半年面世。
华邦电子还将在2020年提供高密度(512Mbit和1Gbit) 1.8V的NOR闪存设备，部分设备将有四进制或八进制接口。
串行NAND具有快速的OTA更新写入时间
华邦电子还提供了一系列具有功能性安全特性的NAND产品:3V和1.8V产品均可用于512Mbits和1Gbit采样密度，以及由两个堆叠的1Gbit模具组成的2Gbit部件。华邦电子的第一代串行NAND系列提供的最大吞吐率为40MB/s(在1.8V部件中)，在3V部件中为52MB/s。第二代NAND系列产品W25N01JW/W25N02JW产品在1.8V部分提供了更高的80MB/s吞吐量。这是在Quad DTR(数据传输速率)模式下实现的，并且是连续的数据输出，在页面和块边界上没有间隙。华邦电子最近还推出了W35N01JW，这是一款1Gbit的1.8V八进制NAND闪存设备，读取速度为240MB/s，比W25N01JW快三倍。
华邦电子系列NAND产品，如1Gbit 3V W25N01GV，通过向状态寄存器提供信息来支持功能性安全合规性，该状态寄存器显示在有无ECC的情况下读出的数据是否正确或者是否不可纠正。串行NAND页面大小为2kbytes，在扇区级别提供1-bit嵌入式ECC(512字节)。这意味着在2kbyte页面上最多可以执行4-bit的校正。华邦电子串行NAND还提供了在用户命令提示时读取失败页面位置的功能。
通过为功能性安全应用程序提供SPI NOR和串行NAND解决方案，华邦电子为用户提供了根据其设计要求选择适当的闪存类型的自由。
[1] ECC是“Error Correcting Code”的简写，ECC是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术，ECC内存就是应用了这种技术的内存，一般多应用在服务器及图形工作站上，可提高计算机运行的稳定性和增加可靠性。
中天弘宇&中宇天智：十余年研发攻克核心技术难点，为NOR闪存注入新动力
闪存是当今存储的重要介质之一。作为主流的闪存体系之一，NOR的市场份额却远无法与NAND相提并论，如今仍陷于成本高、存储密度小、面积大等一系列缺陷，应用场景和市场份额难以得到扩展。
创新NOR发明人、中天弘宇集成电路有限责任公司首席科学家王立中博士经过十余年的研发积累，带领研发团队完成了对原有NOR闪存机理和结构创新，解决了NOR闪存成本高、容量小等普遍缺陷，使NOR闪存芯片的记忆单元面积有望达到与NAND闪存一样的理论最小值4F2，打开了未被开发的高密度存储市场。
在12月17日的东京“中日闪存技术交流会”上，中天弘宇集成电路有限责任公司（以下简称：中天弘宇）和中宇天智集成电路（上海）有限公司（以下简称：中宇天智）带来了潜心研发十余年的首项成果——嵌入式NOR闪存。
本次“中日闪存技术交流会”邀请到日本众议院议员、前环境大臣原田义昭，日本经济产业省前审议官、日本中小企业协会前会长井出亚夫，日本瑞穗证券董事长中村康佐，日本贵弥功株式会社董事长内山郁夫，中国政府驻日本大使馆商务处、科技处相关领导，中智科学技术评价研究中心主任李闽榕等重要嘉宾。NOR Flash发明人、原Intel副总裁Stefan Lai博士，DINOR闪存项目负责人、Pothos Semiconductor,Inc.CEO中岛盛义等闪存界的知名专家学者出席交流会并发表演讲。
市场份额止跌回升 重要性被重新定义
NAND和NOR是闪存芯片的两大体系，分别于1984年和1983年诞生在东芝公司和英特尔公司。30年过后，NAND的制程工艺得到快速演进，目前已实现了3D工艺，可量产的最小制程已达14nm，成本也在不断降低，市场份额已占据整个闪存市场的90%以上。
而NOR闪存自发明以来，只延续摩尔定律发展了十代，于2005年遇到了重大技术瓶颈。NOR闪存发明人、英特尔前副总裁Stefan Lai博士坦言，NOR闪存芯片曾经达到了50亿美金的市场份额。但由于穿通效应的存在导致了传统结构的NOR无法使用更先进的工艺制程，难以突破90nm栅极长度的技术瓶颈，因此，现在市场在售的NOR普遍具有面积大、成本高、容量小等缺陷，市场份额仅剩6%。如今，三星、美光等巨头企业已经逐步退出NOR市场。
就在业内普遍唱衰NOR闪存时，新的行业机遇正悄然光顾。DINOR闪存项目负责人、Pothos Semiconductor,Inc.CEO中岛盛义在交流会上指出，自动驾驶、工业机器人、物联网、AI等新兴技术的发展，对存储器提出了更高要求。虽然NAND的价格低廉，但可靠性、读取速度和抗高温性强都较差，很难在未来体量日趋增长的自动驾驶、工业机器人等领域实现应用。“未来的存储器市场还是围绕读取速度快、大容量、高可靠性的闪存芯片展开，NOR有了更多机会”中岛盛义说。
受益于全新应用场景对需求的拉动，NOR闪存原有的存量市场被带动了起来，一批NOR闪存厂商，如中国台湾的旺宏、华邦，以及中国大陆的兆易创新等迅速崛起。集邦咨询数据显示，NOR闪存价格在2019年第三季度开始止跌回升，从旺宏、华邦和兆易的营收增长也能开出这一趋势，NOR闪存市场已经进入上行周期。
赛迪顾问集成电路产业研究中心分析师杨俊刚在谈及NOR闪存产业时指出，尽管传统的NOR闪存厂商初步尝到了产业扩张、应用升级带来的甜头，但目前市面的产品仍然无法摆脱面积大、成本高、容量小等固有缺陷，推动NOR闪存应用发展仍有一定阻碍，只是在无法替换的关键环节(如BIOS、快速代码执行等)才不得不使用。
因此，谁能尽早突破NOR闪存的技术瓶颈、降低成本，谁就有机会拓展出更多高密度闪存应用市场，进而改写闪存市场格局。
十余年创新 颠覆传统技术
创新NOR发明人、中天弘宇首席科学家王立中博士经过十余年的研发积累，带领研发团队完成了对原有NOR闪存机理和结构创新。据王立中博士介绍，他们的NOR闪存架构沿用了整个NOR的架构，但又与英特尔原始的NOR完全不同，提出了一个“非接触式虚地”的更简洁的设计方案，即在不影响cell速度特性的基础上，使“侧墙位线”通过最小尺寸浅沟槽自对准工艺进行制作；通过扭曲场氧化区来限制“侧墙位线”的长度,这种方式可以在保持最小cell面积的前提下, 在一个金属线宽度内分别独立选取两个相邻的埋位线。
这样一来，创新后的架构可以解决NOR闪存栅极不能缩短至90nm以下的技术难题，使NOR闪存芯片的记忆单元面积有望达到与NAND闪存一样的理论最小值4F2，且成本有望缩减为现有产品的十分之一，摩尔定律可以继续在该产品上得以体现。自此打开了未被开发的高密度存储市场，开拓出一片全新的应用领域。
成功流片后，他们基于4F2 NOR闪存的创新技术，率先推出了一款嵌入式NOR闪存。“NOR闪存非常适用于程序存储和快速读取。除了单机内存芯片，它也非常适合嵌入到MCU中。”Stefan Lai博士说，“从现阶段的需求量来看，嵌入式NOR闪存将迎来最大的应用市场，特别是低于1伏电压的解决方案对于低功耗的物联网设备尤其有吸引力。”
王立中博士表示，驱动IC、电源IC、嵌入式触控控制IC和MCU都非常适合嵌入式NOR闪存来提高现有性能。其中，自动驾驶的防碰撞系统是重要的“用武之地”，创新后的嵌入式NOR闪存芯片可稳定保存应急情况下的防碰撞策略算法，并在纳秒内发出防碰撞动作指令，确保车辆安全。
把握市场还需找对应用突破口
中日闪存技术交流会上，中天弘宇&中宇天智的嵌入式NOR存储器得到了业内知名厂商、专家学者的广泛认可。
在Stefan Lai博士看来，新技术的成功问世，需要市场来接纳产品，这通常需要花上好几年的时间，目前要下大力气打造迎合市场的高性能产品让其他厂商都参与进来。这也恰恰是中天弘宇&中宇天智将技术首先带到日本推广的原因。
中国电子商会会长王宁指出，日本是闪存的诞生之地，也是掌握世界先进存储技术的重要国家之一，而中国是存储器最大的需求国，中日两国就闪存技术进行交流，定能促进中日两国闪存产业的深度合作和优势互补。
据王立中博士介绍，中天弘宇&中宇天智是国内为数不多的用国产存储芯片技术打通日本应用市场的企业。日本在集成电路行业具有强大的研发工艺和应用推广优势，此次交流是希望利用日本市场打开嵌入式存储芯片的应用空间，同时推动器件向更小制程持续进取。
实现量产后，中天弘宇&中宇天智接下来该如何让市场接纳新的产品？又该如何应对DRAM+NAND主流架构带来的行业挑战、协同产业链构建全新的NOR闪存生态？让我们拭目以待。
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