3D NOR闪存：一场被忽视的非易失性存储革命

在不断发展的电子技术领域，对更高性能、更大存储密度和更小电路板面积的需求正在不断推动现有技术的边界。随着系统复杂性的增加，能够满足这些需求的存储器件也变得至关重要。3D NOR闪存技术应运而生，它通过提供比传统2D NOR闪存显著的改进，有望重新定义非易失性存储器的未来(图1)。

图1：3D NOR闪存的显著性能提升(来源：Macronix)

要理解这一转变的意义，首先需要掌握NOR和NAND闪存的基本原理，进而才能充分认识从2D NOR向3D NOR的过渡。

NOR闪存以其在要求严苛的片内执行应用中的快速随机读取速度以及在极端温度下的高可靠性和功能性而闻名。由于其高写入耐久性，它已成为代码存储至关重要的应用(例如汽车、云计算和工业系统)以及可能需要多次更新的应用(例如无线传输)的主流选择。

另一方面，NAND闪存是数据存储的首选，它能以更低的单位成本提供更高的密度，但不具备NOR的其他优势。因此，这两种器件都能在各自的市场中应对独特的挑战。

随着人工智能、物联网和边缘计算的蓬勃发展，应用格局发生了演变，2D NOR闪存的局限性也愈发凸显。这些应用及其用户需要更高的密度，同时仍需依赖NOR的高可靠性优势。因此，3D NOR闪存的优势逐渐凸显，其有望通过提供更高的密度、更大的可扩展性和更高的可靠性来应对这些挑战。

市场格局：3D NOR解决的难题

现代应用的日益复杂化——从人工智能驱动的解决方案到汽车高级驾驶辅助系统——要求内存解决方案不仅要能提供更高的密度，还要提供更快的访问速度和更高的可靠性。传统的2D NOR闪存虽然在许多应用中都表现出色，但已接近其物理和性能极限。2D NOR闪存的平面架构限制了其可扩展性，使其难以满足日益增长的更高密度和更低延迟的内存需求。

这正是3D NOR闪存的用武之地。通过垂直堆叠存储单元，3D NOR闪存克服了2D NOR架构固有的可扩展性问题。以旺宏电子(Macronix)的内存产品线为例，2D NOR闪存可以在单个裸片上实现512Mb的容量，因此要实现更高的密度，就需要采用包含多个裸片的系统级封装(SiP)。然而，借助3D NOR技术，旺宏电子可在单个裸片上实现4Gb的容量。

垂直堆叠技术可在相同尺寸内实现更高的存储密度，因此3D NOR成为需要在有限物理面积内存储大量非易失性存储器的应用的理想解决方案(图2)。通过采用这种架构，终端系统解决方案提供商可以减少对多个存储器件(例如eMMC和/或NAND)的需求。此外，3D NOR闪存提供更短的延迟，从而提高了启动性能，这对于需要近乎即时访问存储数据的应用至关重要。

图2：3D NOR闪存获得8倍密度提升(来源：Macronix)

3D NOR架构的其他优势包括：由于独立存储器件之间的数据传输减少，整体功耗得以降低；由于设备受攻击的可能性降低，安全性也得以提升。此外，得益于其先进的架构，3D NOR闪存的可靠性也得到了提升，使其成为数据完整性至关重要的行业的理想选择，例如汽车和工业领域。

技术特性：为何3D NOR闪存脱颖而出

3D NOR闪存将证明其在非易失性存储器领域突破技术边界的潜力。3D NOR闪存的核心技术特性凸显了其成为存储器市场变革者的巨大潜力。以下仅列举部分突出特性：

密度是2D NOR的八倍：3D NOR闪存的一大核心优势是其密度可高达2D NOR闪存的八倍。垂直堆叠技术可使3D架构在单个裸片上实现4Gb的存储密度，而2D架构的最大密度仅为512Mb。这意味着可通过单裸片解决方案实现1Gb至4Gb的容量。这种密度的提升可在相同的物理占用空间内存储更大规模的数据集，从而解决当今内存市场最紧迫的挑战之一(图3)。然后，可以通过引入堆叠裸片配置来支持更高密度的应用，以提供高达8Gb的存储空间。这种灵活性使3D NOR闪存适用于从消费电子产品到高端工业系统的广泛应用。