一种mram-nand控制器及贴片式固态硬盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态硬盘，具体涉及一种MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘。
【背景技术】
[0002]固态硬盘(Solid State Drives，SSD)，简称固盘，采用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
[0003]NAND闪存技术的发展推动了 SSD产业，如图1所示，固态硬盘包括用于存储数据的一组NAND芯片，用于缓存数据的和辅助计算的DDR内存，以及一个主控芯片(SSDController)，SSD与主机之间采用高速串行接口连接，如SATA、PICe等。
[0004]由于对尺寸的严格要求，现有的手机、平板电脑很难支持SSD。
[0005]如图2所示，现有的手机、平板电脑存储结构包括:用于存储代码和用户数据的NAND以及用于计算的DDR内存(双倍速率动态随机存储器，为DDR DRAM的简称，DoubleData Rate Dynamic Random Access Memory)，分别连接主机芯片。
[0006]一部分DDR可以用作NAND的缓存，与SSD控制器相应的NAND管理软件，也在手机、平板电脑的主控芯片上运行。
[0007]为了尺寸更小，手机的NAND和DDR经常被封装成一个Combo芯片，但内部是两个独立的芯片，分别与主控芯片连接。
[0008]现有的固态硬盘存在以下缺陷:
[0009]I 速度:
[0010]图1所示的主机的读写速度，除了受限于NAND的读写速度外，还受限于SATA，PCIe等串行接口的速度；
[0011]图2所示的手机的主控芯片与NAND直接连接，读写速度只受限于NAND读写速度。
[0012]但提高读写速度需要扩展NAND连接的宽度，比如从16bit扩展到32bit或64bit，这样做对手机同样非常困难的，更宽的NAND接口意味着更多的芯片管脚、更高的芯片封装成本、更困难的主板设计以及更高的生产贴片成本。
[0013]2 尺寸:
[0014]用于计算机的SSD尺寸很大，对于做得越来越轻薄的笔记本电脑，平板电脑，应用起来越来越困难，应用到手机上更不可能。
[0015]因此本领域技术人员致力于提供一种新的固态硬盘，使得读写速度更快、尺寸更小，而且能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
【发明内容】
[0016]针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于MRAM的贴片式固态硬盘，使得读写速度更快、尺寸更小，而且能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
[0017]本发明基于两项重要的技术发展:
[0018](I) 3D NAND 技术
[0019]3D NAND技术的发展，使得未来一个芯片的容量可以相当于过去整个SSD的容量，足够运行常见的操作系统及其基本应用。
[0020]固态硬盘的数据传输速度虽然很快，但售价与容量还存在问题。
[0021]这种宽度为2.5英寸的硬盘用来容纳存储芯片的空间较为有限，容量越高的芯片可以增加硬盘的总体存储空间，但更高的成本也拉高了硬盘的售价。
[0022]3D NAND不同于将存储芯片放置在单面，而是将它们堆叠最高32层的方法，大大增加了芯片的容量。
[0023](2) MRAM 技术
[0024]MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
[0025]MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像DDR⑶RAM—样快速随机读写，还可以像NAND闪存一样在断电后永久保留数据。而且MRAM不像DRAM —样与标准CMOS半导体工艺不兼容，因而MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。
[0026]本发明提供一种MRAM-NAND控制器，包括MRAM模块、采用DDR DRAM接口标准的主机接口与NAND控制器，主机接口用于MRAM模块、NAND控制器与主机芯片连接。
[0027]MRAM具有DRAM —样的高密度和高速随机读写能力。本发明采用DDR DRAM标准作为和主机的接口，使得存储设备的最大读写速度追平内存(DRAM)的读写速度。进一步地，NAND控制器为单通道或多通道。
[0028]本发明提供的MRAM-NAND控制器，NAND控制器与NAND芯片或NAND硅片能够通过多通道并行操作，进一步MRAM-NAND控制器的提高读写速度。
[0029]进一步地，MRAM-NAND控制器中还包括DMA控制器，DMA控制器分别与MRAM模块、NAND控制器连接。
[0030]本发明提供的MRAM-NAND控制器，MRAM模块通过DMA控制器与NAND控制器交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
[0031]主机接口采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高。
[0032]进一步地，主机接口中预留一段地址，用于主机芯片控制NAND控制器与DMA控制器的操作。
[0033]本发明还提供一种贴片式固态硬盘，包括MRAM-NAND控制器与NAND模块，MRAM-NAND控制器与NAND模块连接。
[0034]进一步地，贴片式固态硬盘能够直接贴片到包括主机芯片的主板上，减少占用主板的面积，使得固态硬盘的尺寸较小，不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上。
[0035]进一步地，MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器芯片，NAND模块为NAND芯片，MRAM-NAND控制器芯片与NAND芯片采用POP封装技术叠在一起，贴片到主板上。
[0036]进一步地，MRAM-NAND控制器芯片下面设置植球触点，用于将MRAM-NAND控制器芯片贴片到主板上；MRAM-NAND控制器芯片上面设置焊盘，用于将NAND芯片贴片到MRAM-NAND控制器芯片上。
[0037]进一步地，MRAM-NAND控制器为MRAM-NAND控制器硅片，NAND模块为NAND硅片，MRAM-NAND控制器硅片与NAND硅片，采用3D SIC技术叠合后封装，贴片到主板上。
[0038]与现有技术相比，本发明提供的MRAM-NAND控制器及贴片式固态硬盘具有以下有益效果:
[0039](I)由于采用MRAM-NAND控制器以及POP与3D SIC技术，使得贴片式固态硬盘尺寸更小，能够直接贴片到主板上；不仅能够应用到计算机上，也能够应用在平板电脑与手机上;
[0040](2)MRAM-NAND控制器的主机接口，采用DDR DRAM接口，使得贴片式固态硬盘的读写速度不再受限于串行接口的速度，DDR RAM接口的速度比SATA或PCIe接口的速度快得多，使得贴片式固态硬盘的读写速度大大提高；
[0041](3)MRAM和NAND组合，通过MRAM为NAND充当缓存，以及各种算法设计，提高固态硬盘总体的存储性能；
[0042](4) MRAM模块通过DMA控制器与NAND控制器交换数据，不会影响到主机芯片的运行，也不会占用MRAM-NAND控制器内部总线，有助于提高读写速度。
【附图说明】
[0043]图1是现有技术中用于计算机的固态硬盘结构示意图；
[0044]图2是现有技术中用于手机、平板电脑的存储结构示意图；
[0045]图3是本发明的一个实施例的贴片式固态硬盘的结构示意图；
[0046]图4是图3所示的贴片式固态硬盘采用POP封装的示意图；
[0047]图5是本发明的另一个实施例的贴片式固态硬盘的结构示意图；
[0048]图6是图5所示的贴片式固态硬盘采用3D SIC技术的示意图。
【具体实施方式】
[0049]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一