开放NAND闪存接口ONFI及巨霖SIDesigner仿真平台介绍

时间： 2024-05-14 来源：巨霖科技公众号

技术问答

从3月21号发布的文章《NAND 存储简介》里我们知道，从SD卡、手机、平板等消费级产品到数据中心企业级场景，NAND Flash凭借其高性能、大容量、低功耗以及低成本等特性大受欢迎，是目前应用最为广泛的半导体非易失存储介质。接下来我们看一看NAND的闪存接口ONFI。

定义

ONFI，全称为 Open NAND Flash Interface，即开放式NAND闪存接口，是一种协议，其定义了NAND Flash存储器和控制器之间的通信接口规范。该协议规定了一系列命令和数据传输格式，使得控制器能够与NAND Flash存储器进行有效通信，执行读取、写入、擦除等操作。

ONFI由100多家制造、设计或使用NAND闪存的公司组成的行业工作组，其中包括主要成员如Intel和镁光。该工作组旨在简化将NAND闪存集成到消费电子产品、计算平台以及其他需要大容量固态存储的应用程序中的过程。为此，他们制定了标准化的组件级接口规范、连接器和模块外形规格。

规范

ONFI规范涵盖了以下关键方面：

1、电气接口：定义了NAND闪存芯片与控制器之间的电压级别、信号时序和信号协议。

2、命令集：规定了控制器用于访问和控制NAND闪存芯片的命令和命令序列，包括读取、写入、擦除等操作

3、数据传输模式：描述了接口支持的各种数据传输模式，如同步和异步数据传输、多平面操作和多通道访问等。

4、时序参数：指定了时序特性，包括设置和保持时间、最大时钟频率和其他时序约束，以确保可靠的数据传输。

趋势

通过采用开放接口标准，ONFI加强了来自不同供应商的NAND设备之间的兼容性和互操作性。这一举措增加了标准设备的供应基础，缩短了产品设计时间，并加速了产品上市时间。自2006年12月发布第一个ONFI协议以来，ONFI组织已经发布了数十个版本，其中接口速率从最初的50Mbps不断发展，目前已达到3600Mbps 。下图展示了ONFI协议接口演进的趋势。

技术与挑战

如今，ONFI已经发展到了ONFI 5.x，ONFI 5.x推出了NV-LPDDR4技术，将接口速率从ONFI 5.0的2400Mbps提升至 ONFI 5.1的3600Mbps。为了克服高速接口带来的信号完整性挑战，除了加强写校准和VrefQ校准外，ONFI 5.x还引入了非对称DQS设计和自适应均衡器设计。DFE（Decision Feedback Equalizer，判决反馈均衡器）技术利用上次信道输出的判断加权反馈到输入，有助于消除码后干扰。另外，尽管NV-DDR3和NV-LPDDR4支持的最大接口速率相同，但NV-LPDDR4采用LTT技术可显著降低读操作功耗。

自ONFI 1.0到ONFI 5.1，接口速率经历了快速发展，但命令、地址和数据传输形式基本保持不变。尽管总线速率提高，改善了数据传输时延，但命令和地址传输时延未见改善，导致系统总线利用效率不断下降。在下图中，我们以乐观的场景比较了写/读场景的总线效率，发现读和写的总线效率均逐渐下降，特别是读场景下降至约50%时，进一步增加了系统设计的挑战。