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Alternative für NOR: NAND-Flash erstmals mit x8-Octal-Schnittstelle

| Redakteur: Michael Eckstein

Winbond hat ein neues Hochgeschwindigkeits-OctalNAND-Flash vorgestellt, das eine „vollwertige und günstige Alternative für Octal-NOR-Flash“ sein soll. Erstmals kommt eine x8-Octal-Schnittstelle für NAND-Flash zum Einsatz.

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Achtmal SPI: Der neue OctalNAND-Flash-Speicherlassen sich über acht SPI-Ein-/Ausgänge programmieren.
Achtmal SPI: Der neue OctalNAND-Flash-Speicherlassen sich über acht SPI-Ein-/Ausgänge programmieren.
(Bild: nadla)

Mit seinem neuen OctalNAND-Flash will Winbond die Beschränkungen von NOR-Speichern aufheben und typischen Schwächen bisheriger NAND-Speicher für anspruchsvolle Automotive- und Industrieanwendungen beseitigen.

NOR-Flash ist heute in den meisten Computersystemen die Standardtechnik zum Speichern von Boot-Code. Der robuste, schnelle und linear adressierbare Speicher ermöglicht das direkte Ausführen des Codes (Execute in Place, XiP). NOR wird in der Regel als Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), als PROM (Programmable ROM) oder EPROM (Erasable PROM) verwendet, da er größere Datenmengen nur langsam schreiben oder löschen kann. Darüber hinaus sind NOR-Zellen bei gleicher Strukturgröße größer als NAND-Zellen, weshalb NOR-Speicher nur für relativ kleine Speicherkapazitäten erhältlich ist. Hinzu kommt eine recht hohe Leistungsaufnahme.

Daten mit bis zu 240 MByte/s lesen

Mit der weltweit ersten x8-Octal-Schnittstelle für NAND-Flash würde das erste Produkt der neuen Serie, W35N01JW, einen maximalen kontinuierlichen Datendurchsatz beim Lesen von 240 MByte/s erreichen – dreimal schneller als beim früheren seriellen Hochleistungs-QspiNAND-Flash der Familie W25N-JW. Nach eigenen Angaben ist das Single-Chip-Modell W35N01JW auch 50% schneller als Winbonds Dual-QspiNAND der Serie W72N-JW, das zwei Dies in einem Gehäuse und eine komplexere x2/x4/x8-E/A-Architektur enthält.

Das OctalNAND-Flash W35N-JW stellt Winbond in seinem bewährtem 46-nm-SLC-NAND-Prozess (Single Level Cell) her. Als einer der wenigen NOR- und NAND-Speicherhersteller hat Winbond eigene Fertigungsanlagen in Taichung und Kaohsiung in Taiwan. Daher kann das Unternehmen die Produktionsparameter genau auf die eigenen Anforderungen abstimmen. NOR-Flashspeicher sind üblicherweise bei Auslieferung vollständig fehlerfrei – im Gegensatz zu NAND-Flashspeicher: Hier können pro Chip mehrere Speicherblöcke defekt sein. Daher hat Winbond neue Produktions- und Prüfprozesse entwickelt, die Bitfehler, die beim Betrieb herkömmlicher NAND-Flash-Komponenten auftreten, eliminieren sollen.

Bis 4 GBit für Boot-Code etwa von Grafikdisplays

Die im Vergleich zu Standard-NAND-Zellen recht großen Geometrien sorgen dafür, dass jede Speicherzelle viele Elektronen enthält. Das wiederum sorgt für eine längere Datenintegrität und -erhaltung. Winbond gibt hier über 10 Jahre an. Das OctalNAND-Flash ist mit über 100.000 Programmier-/Löschzyklen spezifiziert und bietet so eine hohe Wiederbeschreibbarkeit und Zuverlässigkeit, die missionskritische Anwendungen für Automotive und Industrie erfordern.

Nach eigenen Angaben hat Winbond das OctalNAND-Flash entwickelt, weil OEM-Hersteller aus den Branchen Automotive und Industrie die Grenzen der NOR-Flash-Technologie erreicht hätten. Bei Anwendungen wie Grafikdisplays im Fahrzeug und Fahrerassistenzsystemen (ADAS) ist der Boot-Code heute häufig größer als 512 MBit. Anwender hätten bisher NOR-Flash zur Code-Speicherung eingesetzt, denn es ist äußerst zuverlässig und seine hohe Lesegeschwindigkeit unterstützt ein schnelles Booten. Bei Dichten über 512 MBit lässt sich NOR-Flash jedoch nur schlecht skalieren und die Die-Größe sowie die Kosten steigen unverhältnismäßig an.

NAND-Flash lässt sich besser skalieren

Da sich die NAND-Flash-Technologie im Vergleich dazu gut skalieren lässt, sind ihre Kosten bei Dichten von 1 GBit und größer wesentlich günstiger. Herkömmliches NAND-Flash war jedoch bisher für Funktionen wie das Shadowing von Boot-Code in DRAM zu langsam. Laut Takehiro Kaminaga, stellvertretender Geschäftsführer von Winbond, sei seinem Unternehmen mit dem neuen OctalNAND-Flash nun die Quadratur des Kreises gelungen: „Der Speicher erreicht Lesegeschwindigkeiten von bis zu 240 MByte/s bei Dichten von 1 bis 4 GBit – zu einem Bruchteil der Kosten pro Bit, die bisher für ähnliche Leistung aus einem Octal-SPI-Flash-Bauteil angefallen sind.“

Das neue OctalNAND-Flash ist teilweise kompatibel zu Octal-NOR-Flash, was laut Winbond den Ersatz von NOR-Flash-Bausteinen in vorhandene Schaltungen erleichtert. Das 8 mm x 6 mm große BGA-Standardgehäuse des W35N-JW hat dieselben Abmessungen wie die seriellen NOR-Flash-Produkte. Zudem sei es „vollständig pinkompatibel zu den heute auf dem Markt befindlichen Xccela-Flash und OctaFlash-NOR-Produkten“. Kunden aus der Automobilbranche würden das OctalNAND-Flash W35N01JW mit 1 GBit als Ersatz für Octal-NOR-Flash-Speicherprodukte in Neuentwicklungen einsetzen und von kürzeren Boot-Zeiten und niedrigeren Materialkosten profitieren.

ECC und Reset-Anschluss integriert

Die W35N-JW-Bausteine haben einen Reset-Anschluss – ein Hardware-Feature, das es den Anwendern ermöglicht, Sicherheitsanforderungen im Automotive-Bereich zu erfüllen. Dieser Reset-Anschluss ist kompatibel zur Anschlussbelegung der entsprechenden NOR-Flash-Bauteile. Entwickler könnten somit vorhandene Software für serielles NAND verwenden, um einen Neustart des Systems auszulösen.

Die Bausteine der W35N-JW-Familie arbeitet nach Angaben von Winbond mit bis zu 166 MHz im Single-Data-Rate-Modus und bis zu 120 MHz im Double-Data-Rate-Modus. Sie arbeitet mit Betriebsspannungen von 1,7 bis 1,95 V. Die Datenintegrität wird durch den On-Chip-1-Bit-Fehlerkorrekturcode (ECC) gewährleistet. Die Daten aus den ECC-Operationen helfen dabei, die Verwaltung fehlerhafter Speicherblöcke des Chips zu optimieren. Die hohe Geschwindigkeit bei Programmierung und Löschung – der W35N-JW soll eine maximale Schreibgeschwindigkeit von 16,9 MByte/s erreichen – unterstützt laut Hersteller Over-the-Air-(OTA-)Firmwareupdates in Fahrzeugen und verbessert den Durchsatz in der Produktion.

Winbond liefert seinen neuen Speicher derzeit in Samples an erste Kunden aus.

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