消费类电子设备领域在个人存储媒体上的渐增需求，不仅随着NAND闪存市场的增长而加速，如今更推动了新一代突破性技术的发展。本文介绍了msystems x4 NAND技术，证明以往长期以来认定无法于技术上有所突破的新一代每单元4比特NAND闪存，如今已能够加以运用。x4 NAND元件源自现有每单元2比特MLC NAND工艺，并可大幅提高制造闪存所能节省下的成本。
本文接着讨论为了让x4 NAND技术，广用于消费类电子设备领域时，msystems必须先克服的主要障碍──包括数据可靠性、性能与闪存的生命周期，及msystems x4 NAND技术如何有效解决这些困难点。最后，本文将讨论x4 NAND元件将为新一代消费类电子设备带来的益处，与为何msystems是位于踏出此一大步的最佳位置。
闪存的显著增长
如图1所示，从汽车自动化设备至手机、USB快闪磁盘(UFD)、音乐播放器和摄影设备，NAND闪存的需求不断向上攀升。
这项需求因多项关键因素而加速，包括移动时代的来临，意指消费者希望随时随地轻松存储、读取与管理数据。闪存的降价及无论是通过付费取得或自行制作，数字内容(如：影片、音乐、游戏与照片等)已变得易于取得，这些过程不仅成为推动这些相关装置普遍采用闪存的触媒，亦扮演了教育许多消费者的角色，他们通过了MP3播放器、USB快闪磁盘、尤其是存储卡，熟悉了拥有更多内存以存储更多个人内容的价值所在。如图2所示，置身于内存需求高涨的环境，NAND闪存市场已能看出显著增长。
NAND闪存迅速增长的最佳证据，或许便是Apple iPod nano的成功，于2005年年中推出后，如今已热卖数百万部。iPod nano以高容量嵌入式NAND闪存为特色，为第一款畅销热卖的消费类电子设备，其成功可谓是相当重要的分水岭：证明NAND闪存的庞大容量，可以通过符合成本效益的方式将其建置到价格低廉的高产量装置里面。
msystems将这股与日渐增的自觉和需求，视为个人存储装置时代的兴起。基于所有人都希望能随时随地存取数据内容，个人存储时代已开始督促消费类电子设备的制造商，积极寻找更具智能的存储解决方案──即有效协助他们引起注目并获得市场占有率的核心元件。
为求以符合成本效益的方式支持更高内存的需求，闪存市场采取了多项决定性步骤：提高NAND产量、改用较大的12英寸晶圆、引进更细腻的工艺等，最近的举动则是从单层存储单元(SLC、二进制或每单元1比特)NAND快闪技术，转移至每单元2比特MLC NAND快闪技术。每单元2比特的MLC NAND闪存，通过在既定制造流程中可谓几乎相同的硅芯片存入两倍的数据量，进而省下庞大成本。此举能降低如具备GB等高容量内存的制造成本，其它的额外资本支出甚至可以更低。随着内存需求的持续增长，闪存供货商和消费类电子设备业者，均寻求新方法以更低的成本，来生产更高容量的闪存。
然而，此种方法在管理新一代装置的内部闪存用途时，也增加了复杂性，促使制造商寻求解决方法，以求将每单元2比特的MLC NAND个人内存，简单迅速地整合入新装置中。
NAND快闪存储媒体趋势
检视消费类电子设备采用快闪数据存储器的历史时，两项相关趋势随即浮现：一是NAND快闪存储媒体的降价，一是基于挤入倍数化的数据后、所导致品质与规格的逐渐劣化。
NAND快闪存储媒体的降价，正是新的制造技术不断提高单一存储单元存入比特数所致，每单元4比特NAND闪存即是一例，但此情形却也导致新一代硅元件的品质与规格劣化。此种劣化不仅是因这些先进新技术所致，也因蚀刻(即是一般所知的工艺或几何结构)不断减少而造成。工艺从2000年的400nm，到目前的60nm，于是在快闪存储媒体的制造上引发严重问题，导致其难以建立并对齐硅晶圆上的所有细微结构。这些问题导致种种现象浮现，如漏电流、难以成型模拟的寄生电容增加，所以得增加为数可观的电路才能舒缓问题。
尺寸缩小的同时也减少了电子存储区域：晶圆的厚度相当于一张纸厚度或人类毛发直径的千分之一，故必须确保快闪存储媒体能够承受庞大的写入抹除次数，才能符合最终使用者的需求，并得在适当水准下执行，且每一代的新原料都增加了这些工作的复杂度。
每单元4比特的NAND闪存
我们已经知道必须提供使用者愈来愈多的内存，再加入现在每单元2比特MLC MAND持续获得的成功，致力于每单元存储4比特理应是接下来的合理步骤。其优点显然可见且相当庞大，但面临的挑战亦然。事实上，就目前的程度而言，许多人认为可用且有用的每单元4比特NAND闪存，等同NAND闪存的不可能任务，认定不可能在10年内实现。不过，msystems x4 NAND技术却预期并证明该技术确能实现。
挑战
一般而言，每单元4比特NAND快闪技术的管理复杂度，可说远甚于前身的每单元2比特MLC NAND快闪技术的数倍，这是因为每单元4比特NAND快闪媒体的每一存储格所存的电荷，能建立16种不同的电位，如图3所示。
单一电压范围就有如此众多的电位，且彼此紧密相邻，因而产生了数项挑战：
● 存入邻近电位的电子，往往易于转移到另一电位而造成位错误。使用每单元4比特NAND快闪技术时，错误数为每单元2比特及每单元1比特NAND快闪技术的数倍之多。
● 许多细致的重复动作，都必须正确地置放与感触电荷，导致读写性能降低。
● 读写所需电力增加，耗电量可能变得更高。
● 因读写更加耗电而导致额外压力，进而损及闪存的耐久性与资料保存性。
不用说，若没有系统解决方案来处理上述挑战，纯存储媒体格式的每单元4比特NAND闪存便无法加以利用、仅能做为机械样本，不仅无法建置入任何装置，或做为任何用途的个人存储媒体。所以，制造每单元4比特的NAND闪存看似徒劳无功，直到目前为止，将其用于消费类电子设备的举动，就实体上及实务上均不可能实现。
MSYSTEMS X4 NAND元件
了解每单元4比特NAND闪存优势
为了让每单元4比特的NAND闪存，能够应用于消费类电子设备或其它用途，必须通过全方位的系统解决方案来处理这些挑战。
msystems除了仰赖本身庞大的专利产品组合及多年经验、加上运用TrueFFS快闪管理技术，以处理闪存管理问题外，现今更研发出x4技术并申请专利，以求生产与最佳化每单元4比特的NAND闪存，并将其整合入x4 NAND元件。每项x4 NAND元件由内建特别量身打造TrueFFS软件的x4控制器及每单元4比特NAND存储媒体构成。
msystems x4技术具有以下特色：
● 前所未有的优异侦错及修正码(EDC/ECC)：全新的方法原则和算式，不仅能侦错亦进行修正，以求提供应用程序中最具高可靠性的闪存规格，同时改善性能、将硅损坏(silicon redundancy)与耗电量降至最低。
● 延长闪存的使用寿命：为了提高闪存的使用寿命，特别量身打造的平均读写(wear-leveling)算式，能确保数据均匀分布于整个闪存。
● 数据编码算式、硅层级架构异动、以及独特的闪存特色：多项科技进展改善了可靠性和展现效能。
● 契合需求规格：按照明确性能和可靠性要求，以不同方式来处理具体应用部分。
减少整合入Host端耗费心力
基于msystems x4技术所具备的上述特色，使得x4 NAND元件未来在预计建置入Host平台时，无须耗费太大心力，此举应能促使每单元4比特NAND快闪存储媒体快速进入市场。现有的诸多NAND闪存设计，可直接支持msystems x4 NAND元件且无须重新设计，因此消费类电子设备的厂商能迅速完成更优异的产品并通过更具竞争力的价位，进而获得更高的市场采用率。此点当然亦让选用msystems x4 NAND组件的NAND快闪存储媒体厂商，以更迅速的制造速度与更高的毛利率，推出更多的硅晶圆成品。
均衡应用需求及材料成本
每单元2比特MLC NAND于4年前推出时，业界专家一致认为其规格不具可用性。Apple iPod nano的莫大成功，部分正是仰赖此项快闪技术而来，进而证实该项技术确实相当优异。不过，尽管存储媒体的品质与规格劣化，即使是今日的每单元2比特MLC NAND快闪媒体，亦为其迫切需要内存的应用用途，提供了大于实际需求的更高规格，但这样的设计上显得矫枉过正，反而造成不必要的支出。
表1即是现在每单元2比特MLC快闪存储媒体规格及使用需求的部分差距例子。这些差距指出，消费类电子设备市场，可在不影响一般使用情况下，转向x4 NAND的怀抱。
事实上，通过x4 NAND元件，再加上其具备分析需求与分别处理不同类别资料的能力，使用者几乎无须耗费任何心力。比方说，可存储操作系统程序代码以确保其可靠性，而多媒体档案，将根据对特定作业的需求以强化的写入速度来存储。
结语
与先前SLC与每单元2比特的MLC NAND两种规格相比，每单元4比特NAND快闪技术的容量不仅大幅增加，更增加了几项主要优势：
● 生产位数/晶圆产量、营收与获利率大幅增加——若采用相同容量与工艺，与制造每单元2比特MLC NAND闪存相比，在成本上可大幅节省到30%，且无须更改工艺。
● 能在几乎同等于每单元2比特MLC NAND闪存的硅晶圆上，存入两倍的数据量，以省下庞大成本。
● 能制造更高容量的闪存，满足消费者对新应用所需更高存储容量的渴求。
● 能以更高的内存容量及更合理的价位，提供给更多消费类电子设备使用。
不过，随着快闪设计师减少硅的用量、快闪存储媒体的耐久性与数据保有性不得不跟着妥协，导致效能与可靠度水平迅速下降，进而让每单元4比特NAND等快闪技术愈来愈难以处理。首要挑战便是通过全方位的系统解决方案，将这些水平提升至可接受的标准。
每单元2比特的MLC NAND闪存，尽管起初受到质疑且认定不够完善，如今已经能解决此项挑战，并获得消费类电子设备的主流市场采用。事实上，根据一般使用情境，每单元2比特MLC NAND规格还有进一步降低、并继续满足应用需求的余地。
这个状况则开启了每单元4比特NAND闪存在消费类电子设备领域发展的宽广空间。基于具备前所未有的优异EDC与ECC功能、专门量身打造的平均读写算式以延长闪存使用寿命、数据编码算式、快闪架构异动、独特的快闪特色、及契合实际使用需求的规格，msystems x4技术预计将让每单元4比特的NAND闪存，并建置于x4 NAND元件中，进而获得广大消费类电子应用的欢迎与采用。
