NOR (Memoria Flash)

 

Cos’è la memoria flash NOR?

La memoria flash NOR è uno dei due tipi di tecnologie di archiviazione non volatile. L’altro è NAND. La memoria non volatile non richiede alimentazione per conservare i dati.

NOR e NAND utilizzano diverse porte logiche, il componente fondamentale dei circuiti digitali, in ogni cella di memoria per mappare i dati. Entrambi i tipi di memoria flash sono stati inventati da Toshiba, ma la memoria flash NOR commerciale è stata introdotta per la prima volta da Intel nel 1988. La flash NAND è stata introdotta da Toshiba nel 1989.

Flash NOR contro flash NAND

La flash NOR è più veloce da leggere rispetto alla flash NAND, ma è anche più costosa e richiede più tempo per cancellare e scrivere nuovi dati. La NAND ha una capacità di memoria maggiore della NOR.

I dispositivi di memoria NAND sono accessibili in serie, utilizzando gli stessi otto pin per trasmettere informazioni di controllo, indirizzo e dati. La NAND può scrivere su un singolo indirizzo di memoria, e lo fa a otto bit, un byte, alla volta.

Al contrario, la vecchia tecnologia flash NOR parallela supporta l’accesso casuale a un byte. Ciò consente di recuperare ed eseguire le istruzioni della macchina direttamente dal chip, nello stesso modo in cui un computer tradizionale recupera le istruzioni direttamente dalla memoria principale. Tuttavia, NOR deve scrivere blocchi di dati più grandi alla volta rispetto a NAND. La flash NOR parallela ha un’interfaccia di memoria ad accesso casuale statica (SRAM) che include abbastanza pin di indirizzo per mappare l’intero chip, consentendo l’accesso a ogni byte memorizzato al suo interno.

La tecnologia flash NOR è anche più costosa da produrre e ha un costo per bit più elevato rispetto a NAND. Questo, e la sua funzione di accesso casuale, significano che NOR è utilizzata principalmente per l’esecuzione del codice, mentre la memoria flash NAND è utilizzata principalmente per l’archiviazione dei dati.

Quando si tratta di consumo energetico, la memoria flash NOR richiede una corrente di alimentazione maggiore rispetto a NAND quando viene accesa per la prima volta. Tuttavia, una volta accesa, il fabbisogno energetico in standby per NOR è molto inferiore a NAND. Pertanto, NOR è generalmente migliore per le letture casuali dalla memoria, mentre NAND è più efficiente nelle scritture, nelle cancellazioni e nelle letture sequenziali.

La flash NOR è usata più spesso nei telefoni cellulari, negli strumenti scientifici e nei dispositivi medici. La NAND ha trovato un mercato nei dispositivi su cui vengono caricati e sostituiti frequentemente file di grandi dimensioni, come lettori MP3, fotocamere digitali e unità flash USB (Universal Serial Bus).

Alcuni dispositivi usano sia la flash NAND che quella NOR. Uno smartphone o un tablet, ad esempio, potrebbe usare la NOR incorporata per avviare il sistema operativo (OS) e una scheda NAND rimovibile per tutti gli altri requisiti di memoria o archiviazione.

Quali sono i vantaggi della flash NOR?

Il vantaggio principale dell’uso della NOR è che offre prestazioni di lettura molto migliori rispetto a un dispositivo NAND comparabile. A titolo di confronto, ci si può aspettare che un dispositivo flash NAND multi-level cell (MLC) legga i dati a circa 20,5 MBps (megabyte al secondo), mentre i dispositivi flash NOR MLC comparabili hanno velocità di lettura di riferimento di 61,5 MBps.

Allo stesso tempo, però, le operazioni di scrittura e cancellazione della NOR sono molto più lente dell’archiviazione NAND. Un dispositivo NAND MLC potrebbe scrivere dati a 3,2 MBps, mentre un dispositivo NOR MLC comparabile è in grado di scrivere dati solo a circa 0,47 MBps. Inoltre, le dimensioni delle sue singole celle limitano la capacità di archiviazione complessiva.

Le limitazioni di NOR, unite al fatto che NOR offre prestazioni di lettura incredibilmente veloci, significano che NOR è più adatto ai casi d’uso in cui è necessario archiviare una quantità limitata di dati e in cui la maggior parte dell’IO (input/output) di archiviazione sarà IOPS (I/O al secondo) di lettura.

Ecco perché la flash NOR è così comunemente utilizzata nei dispositivi di consumo come tablet e smartphone. Questi dispositivi tendono ad avere sistemi operativi relativamente leggeri che possono facilmente rientrare nella capacità limitata di NOR. Le prestazioni di lettura tipicamente rapide di NOR consentono al sistema operativo di essere avviato molto più rapidamente di quanto sarebbe possibile se il sistema operativo del dispositivo fosse archiviato su un archivio NAND.

I sistemi operativi mobili tendono a non essere ad alta intensità di scrittura, il che rende NOR una buona scelta. Tuttavia, poiché le celle flash NOR presentano prestazioni di scrittura relativamente scarse, possono causare aggiornamenti lenti del sistema operativo.

NOR è anche un’eccellente scelta per l’uso nei sistemi embedded, perché questi sistemi tendono a leggere il codice durante il processo di avvio ma eseguono poche operazioni di scrittura, se non nessuna.

Principali fornitori e prodotti

Secondo un rapporto del 2023 di Industry Research, i principali produttori di flash NOR sono Cypress, Eon, GigaDevice, ISSI, Macronix, Microchip, Micron, Samsung e Winbond.

Il mercato globale delle flash NOR è stato stimato in 3,30 miliardi di dollari nel 2022 e si prevede che raggiungerà i 3,37 miliardi di dollari entro il 2029, afferma il rapporto.

Tra questi, Cypress Semiconductor fornisce anche componenti di sistemi embedded che utilizzano la memoria flash NOR per settori come l’automotive e l’Internet delle cose (IoT). In confronto, Micron Technologies è principalmente nota come fornitore di chip flash, sia NOR che NAND, nonché di RAM dinamica (DRAM) per i produttori di componenti.

NOR seriale

Esistono due tipi principali di chip di memoria NOR: NOR parallelo e NOR seriale. Una delle cose principali che differenziano il NOR seriale dal NOR parallelo è che i dispositivi flash seriali richiedono meno connessioni al

scheda di circuito rispetto ai dispositivi flash paralleli. Il fatto che il NOR seriale utilizzi un’interfaccia meno complessa del NOR parallelo significa che costa meno produrre dispositivi di archiviazione NOR seriali.

I chip di memoria flash SPI NOR sono organizzati in settori e pagine. Un settore è definito come la dimensione minima di blocco cancellabile. I settori possono essere suddivisi in pagine. I dati possono essere scritti in blocchi di dimensioni di pagina, anche se le pagine tendono a essere molto più piccole dei settori. A titolo di confronto, i settori sono solitamente misurati in kilobyte (KB), con 4, 32, 64 e 256 KB come dimensioni di settore comuni. Al contrario, le dimensioni di pagina tendono a essere misurate in byte, con 256 e 512 byte come dimensioni di pagina comuni.

Il modo in cui i dati vengono scritti su un dispositivo SPI NOR varia a seconda che il chip di memoria sia dotato di un buffer. Se la memoria flash seriale è bufferizzata, una pagina può essere letta nel buffer, modificata e riscritta sul chip. Se il dispositivo SPI NOR non è bufferizzato, l’intera pagina deve essere letta esternamente, modificata e riscritta sul chip. Pertanto, SPI NOR bufferizzato tende ad avere prestazioni di scrittura migliori rispetto a flash non bufferizzate comparabili.