NAND型とNOR型の違いとは?

最終更新日 2019年10月11日

NAND 型とNOR型の違いとは何か

ASCII.jp:半導体プロセスまるわかり 微細化の限界にあるNANDフラッシュ (1/3)|ロードマップでわかる!当世プロセッサー事情 によると、NAND 型と NOR 型は基本的な記憶素子の構造は同じで配線が異なるのみであり、配線の違いにより以下のような違いがあるそうです。
・NAND:高集積化に向いており、書き込みは相対的に高速。ただしアクセスはブロック単位で、ランダムアクセスは低速
・NOR:集積度は低くなるが、バイト単位でのアクセスが可能。書き込みは遅いが、ランダムアクセスは高速
NAND 型と NOR 型には配線の違いがあるそうですが、 ストレージ 進化するSSD(Solid State Drive) - Fujitsu Japan には配線の違いがわかりやすい図が掲載されています。

NAND型とNOR型の違い
NAND型とNOR型の違い

セルとはデータを記憶するところです。

同記事によると、NOR 型ではビット線とソース線が各セルに接続されています。そのため、1ビット単位の読み取りが可能で、ランダムな読み取りは高速ですが、書き込みは低速です。

NAND 型ではビット線とソース線が複数のセルに接続されています。そのため、1ビット単位の読み取りはできません。また、ランダムな読み取りは低速ですが書き込みは高速です。

NAND 型は NOR 型と比べるとソース線を少なくできますので、その分セルの数を増やすことができ高集積化(大容量化)が可能です。

  NAND型 NOR型
セル個別単位の読み取り 不可能 可能
ランダムな読み取り 遅い 速い
書き込み 速い 遅い
高集積化 可能 不向き

同記事を参考にすると、なぜランダムな読み取りは NAND 型が遅い、NOR 型が速いのか簡易に書かれていますが、もう少し詳細に考えると、NAND 型ではセル個別単位に読み取りできず複数のセル単位に読み取る、すなわち本来は読み取る必要がないデータまで読み取ることになるので遅いと考えられます。

一方の NOR 型ではセル個別単位に読み取りでき、読み取る必要があるデータのみ読み取れるので速いと考えられます。

なぜ書き込みは NAND 型が速い、NOR 型が遅いのか、このことについても同様に考えると、NAND 型では複数のセルに対して一括で書き込めるので速く、NOR 型ではセル個別単位で書き込むので遅いと考えられますが、NOR 型でも複数のセルに対して並列に書き込めば速そうではあります。

256MビットNAND型EEPROM - TOSHIBA REVIEW(f04 '99.07) には、以下のとおり書かれています。
NAND型EEPROMがNOR型フラッシュメモリに比べ,書換えスピードが速いのは, 書換え方式の違いによりメモリセルでの消費電力が小さいことによる。
書込みをNAND型はFN(Fowler−Nordheim)トンネル電流により, NOR型はホットエレクトロン注入電流により行なっているためである。
したがって,NAND型EEPROMは,一括に非常に多くのメモリセルへのデータ書込みが可能である。
NOR 型ではホットエレクトロン注入電流により書き込みを行うがセルでの消費電力が高く、非常に多くのセルへデータ書き込みをしようとすると流れる電流が大きくなりすぎてしまうので、一括して書き込みできるセル数が少ないようです。そのため、NOR 型の書き込み速度は NAND 型と比べると遅いようです。

Fujitsu Japan に掲載されていた配線の違いがわかる図を見ると、高集積化にそれほど大きな違いはなさそうですが、

SHG2Aシリーズ|TECH JOURNAL|TDK には、配線について以下のとおり書かれています。
結合線の線幅は数10nmの狭いものですが、セルそのものが微細なので、個々のセルにソース線を配するNOR型では結合線が占めるスペースが大きくなってしまいます。
セルのサイズは非常に小さいので、配線が占めるスペースは相対的に見て大きいようです。そのため、ソース線が減るだけでも空くスペースは大きいようです。


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