今天，高速發展的電子產品已經成為了人們生產生活必不可少的工具。除了筆記本、智能手機，云計算、物聯網、車載安防等各個場景都高度依賴著強大的運行速度和內存。而當今，最有發展潛力的存儲技術莫過于3D NAND閃存，所有主要閃存制造商都在積極采用各種方法來降低閃存的每位成本，同時創造出適用于各種應用的產品。閃存制造商還在積極展開研究，期望能夠擴展3D NAND閃存的垂直層數。雖然15nm似乎是NAND閃存目前能夠達到的最小節點，但開發者依然在不懈地追求縮小閃存的光刻節點。此外， 閃存制造商也在積極探索將MLC和TLC技術與3D NAND閃存技術相結合， 許多制造商已經看到了勝利的曙光。

然而，NAND設計IP仍然面臨更多挑戰。如何使驗證變得更加高效？新思科技的NAND閃存驗證IP提供了一套全面的協議、方法、驗證和效率功能， 使開發者能夠加速實現驗證收斂。

NAND閃存簡介

• 固態驅動器（SSD）、手機存儲、嵌入式內存卡、USB設備等等均采用NAND非易失性存儲技術實現

• 與RAM（比如DRAM、SRAM）不同，非易失性內存（NVM）能夠在斷電時保留所含的數據

• 工業用戶需要在斷電時也能保護數據的存儲解決方案，因此NVM對他們極具吸引力

NAND閃存類型

隨著時間的推移，NAND閃存的位密度一直不斷增加。早期的NAND設備是單層單元（SLC）閃存，這表示每個閃存單元只能存儲一位數據。現在，借助多層單元（MLC）技術，閃存的每個單元可以存儲兩位或更多數據，因此位密度得到提高。這聽起來不錯，但MLC也有缺點：MLC NAND支持多種電氣狀態，這也會增加錯誤率并降低耐久性。一些設備支持將部分（或全部）存儲修改為偽 SLC（PSLC）模式。

這樣可以減小存儲尺寸并提高設備的耐久性。由于閃存的價值取決于芯片面積，如果在同等面積內可以存儲更多數據，那么閃存將更具成本效益。NAND閃存主要分為四種類型：單層單元（SLC）、多層單元（MLC）、三層單元（TLC）和四層單元（QLC）。

3D NAND 技術

近十年來，3D NAND（亦稱垂直NAND）是閃存市場最大的創新之一。閃存制造商開發了3D NAND來解決縮減2D NAND尺寸時遇到的問題，旨在以更低的成本實現更高的存儲密度。此外，這項技術還帶來了速度提升、耐久性增加和功耗降低。與2D NAND中不同，制造商選擇在另一個維度上堆疊單元，因而創造了單元垂直堆疊的3D NAND。堆疊消除了單元尺寸縮小時會產生的電氣干擾。由于存儲密度更高，因此能夠實現更大的存儲容量，而價格卻不會大幅上升。此外，3D NAND還具有更好的耐久性和更低的功耗。

3D NAND

目前，各大SSD供應商都在銷售3D NAND SSD。例如，借助該項技術，三星的新款NVMe NF1 SSD中裝載了8 TB的閃存。英特爾公司、三星海力士、SK以及東芝的合作伙伴Western Multimedia Corporation都是當下領先的3D NAND閃存制造商。總體而言，NAND是一種非常重要的存儲技術，因為它能夠以較低的每位成本提供快速的擦除和寫入速度。數據中心、電信、汽車、個人電腦等各行各業都在從HDD過渡到SSD，這種過渡推動了NAND技術的不斷發展，從而滿足消費者日益增長的存儲需求。

NAND閃存的主要特性

• 有效防止損耗（磨損均衡）：智能閃存驅動器使用損耗均衡技術，該技術可以盡可能確保所有閃存單元的磨損程度相近，而不是過度損耗某一些閃存單元。限制每頁的程序數量可以實現適當的芯片損耗均衡。

• 檢測和糾正錯誤（糾錯碼）：NAND非易失性存儲器在正常運行過程中通常會在某一時刻出現輕微的數據損壞。這可能是由于磨損或其他干擾造成的。因此，信息由糾錯碼（ECC）保護有助于檢測損壞的數據及糾正信息。

• 壞塊處理能力：ECC提供了將被糾正的比特數，并為檢測到的最大錯誤數定義了閾值。一旦達到閾值，信息就會被糾正，并被移動到設備上的正確塊。之前的位置被標記為壞塊。壞塊不再被使用，因為它們可能已損壞。

內存驗證挑戰與新思科技驗證解決方案：

設計NAND閃存IP的過程中存在著各種挑戰，而新思科技驗證解決方案可以幫助開發者克服所有這些挑戰：

• 不斷增長的內存大小：新思科技的可配置內存解決方案提供各種密度范圍驗證ONFI驗證IP，能夠驗證LUN、目標、塊、頁以及每頁數據字節數等等。

• 更高的速度支持：憑借雙向源同步DQS和可擴展I/O接口，NAND閃存接口能夠提供更快的速度，最高可達3600MTs。

• 多控制器設計：新思科技驗證IP的可配置參數頁面為控制、器提供了所有器件的相關功能，從而能夠加快設計、認證和測試速度。參數頁面通過描述修訂信息、功能、組織時間以及其他供應商特定數據，解決了器件之間的不一致問題。

• 接口切換：內存解決方案支持在異步和源同步模式之間進行切換。

• 外形尺寸小：先進的裸片選擇功能可以減少芯片使能（CE）引腳的數量，進而能夠減少控制器引腳的數量，從而提高PCB布線效率（固態驅動器（SSD）、手機存儲、嵌入式內存卡、USB設備等等均采用NAND非易失性存儲技術實現）。

• 供應商支持：美光、三星、賽普拉斯半導體、華邦以及鎧俠等各大公司均提供了廣泛的市場支持，并且各家供應商均提供了特定零部件支持功能。

• 調試時間：原生集成Verdi協議分析器、跟蹤文件、調試端口、詳細錯誤信息功能。

• 各種覆蓋模型：內置覆蓋模型和驗證計劃、配置使隨機測試平臺能夠完全覆蓋所有配置和所有供應商組件。

總結與展望

所有主要閃存制造商都在積極采用各種方法來降低閃存的每位成本，同時創造出適用于各種應用的產品。閃存制造商還在積極展開研究，期望能夠擴展3D NAND閃存的垂直層數。雖然15nm似乎是NAND閃存目前能夠達到的最小節點，但開發者依然在不懈地追求縮小閃存的光刻節點。此外，閃存制造商也在積極探索將MLC和TLC技術與3D NAND閃存技術相結合，許多制造商已經看到了勝利的曙光。隨著新技術的出現，有望很快能夠實現每個內存單元可以存儲一個字節的數據，而垂直層數則可以達到256層甚至更多。

目前，市面上的NAND閃存產品使用以下兩種接口：開放式NAND閃存接口（ONFI）和Toggle NAND接口（TNAND、3DNAND）。新思科技的NAND閃存驗證IP提供了一套全面的協議、方法、驗證和效率功能，使開發者能夠加速實現驗證收斂。此外，新思科技的驗證解決方案允許開發者根據需要隨機配置閃存的多種選項，這樣不僅可以滿足IP和SoC層面的要求，而且還可以支持三星、美光、華邦、東芝和鎧俠等供應商的特定零部件。

新思科技驗證IP原生集成了新思科技的Verdi協議分析器調試解決方案以及Verdi性能分析器。新思科技驗證IP可以在運行時動態切換速度配置，并提供了一組廣泛且可定制的幀生成和錯誤注入功能。

在SoC上運行系統級有效載荷需要更快的、基于硬件的流片前解決方案。基于新思科技IP的新思科技事務處理器、內存模型、混合和虛擬解決方案可在業界速度最快的驗證硬件系統新思科技ZeBu和新思科技HAPS上實現各種驗證和驗證用例。

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