Programování NAND FLASH. Paměťové čipy NAND od společnosti HYNIX

Výběr SSD je nyní při sestavování herního PC klíčový. Pokud dříve chtěli jednotku SSD, ale báli se o ní mluvit kvůli její ceně, nyní někteří odvážně převádějí celý systém na tento typ disku. Pokud se tedy rozhodnete vylepšit svůj systém, budete muset zjistit, co je lepší: TLC nebo MLC? Nebo je nějaká jiná možnost?

Výhody

Zkusme nejprve přijít na to, proč všichni začali hromadně přecházet z HDD na SSD nebo používat oba disky dohromady.

Oproti HDD se tedy SSD vyznačují naprostou bezhlučností a vysokou mechanickou odolností. To vše je způsobeno skutečností, že jsou bez pohyblivých prvků. SSD navíc vyniká stabilní dobou čtení souborů. Navíc nezáleží na tom, kde jsou v systému ukryty. Disk je rychle zatíží bez brzdění.

Rychlost čtení a zápisu byla vyšší. V některých případech se propustností blíží těm známým Občas se pro SSD používají rychlejší sloty jako PCI Express, NGFF atd.

Další výhodou je počet vstupních a výstupních akcí za sekundu. Toho je dosaženo díky současnému spuštění několika procesů a nízké latenci. Pro přístup k datům nyní nemusíte čekat, až se disk roztočí.

Nelze nezmínit nízkou spotřebu energie a nízkou citlivost na vnější elektromagnetická pole. A nakonec velikost SSD. Vzhledem k tomu, že máme 2,5palcový disk nebo dokonce formát M.2, lze jej umístit i do netbooku.

Design

Než zjistíte, který typ SSD je lepší: TLC nebo MLC, musíte alespoň zhruba pochopit, co to je. Chcete-li to provést, zvažte návrh disku SSD.

Většina standardních modelů je pokryta ochranným krytem. Když se podíváte dovnitř, můžete vidět ovladač. Jedná se o relativně malý počítač, který má své vlastní úkoly. Řídí výměnu informací mezi zařízením a PC.

Dalším prvkem SSD je vyrovnávací paměť. DDR je implementováno v malém objemu, který nezávisí na spotřebě energie. potřebné k uložení mezipaměti. A třetím prvkem je flash paměť. Je vyroben z paměťových čipů, které jsou již závislé na spotřebě energie. Tento prvek je zodpovědný za záznam vašich osobních údajů.

Výběr

Než se podrobně podíváme na to, co je lepší: paměť TLC nebo MLC, trochu obecných informací. Kromě toho, že zpočátku není výběr SSD jednoduchá věc, ukazuje se, že musíme pochopit nekonečné technické vlastnosti. Ne pro každého jsou tyto informace snadné.

Ale bohužel v tomto případě budete muset porozumět typům paměti. Kromě těch hlavních, které si dále popíšeme, existují varianty V-NAND nebo 3D NAND. Je také lepší o nich krátce vědět.

Typy

Pokud jste někdy viděli pevný disk a jednotku SSD, chápete, že jsou konstrukčně odlišné, a proto mají různé ovládací mechanismy. Poslední možnost pracuje s flash pamětí.

Je reprezentován speciálními buňkami, které jsou umístěny na desce ve zvláštním pořadí. Všechny jsou realizovány na bázi polovodičů. Existuje tedy několik typů SSD: TLC a MLC. Co je lepší, každý se rozhodne sám nebo si zařízení koupí náhodně.

Paměťové úložiště

Stává se, že flash paměť na SSD lze implementovat pomocí principů ukládání paměti. Odtud jsou dvě skupiny. Jeden má typy založené na principu čtení a zápisu (NAND).

Existuje možnost, ve které je paměť uložena pomocí různých technologií: SLC a MLC. První možnost je prezentována tak, že pro jednu buňku existuje pouze jeden bit informace. Ve druhém případě - 2 bity nebo více.

Paměť TLC je považována za související s MLC. Jediný rozdíl je v tom, že pro první možnost můžete uložit 2 bity a pro druhou - 3 bity. Nyní zbývá pochopit, co to znamená a který typ „SSD“ je lepší: TLC a MLC.

Výhody

Protože TLC je podtypem MLC, je spravedlivé říci, že převládá druhý typ. V čem spočívá její přednost? Za prvé má vyšší provozní rychlost. Jak ukazuje praxe, může to trvat o něco déle. A také všechny jeho zdroje nevyžadují velkou spotřebu energie.

Ale kromě toho existují některé nevýhody. Tím hlavním byly samozřejmě náklady na zařízení s MLC.

Jiná situace

Existují také některé problémy, se kterými se můžete setkat. Faktem je, že výše uvedené případy jsou obecnou situací. Ve skutečnosti mohou vývojáři kupující pořádně zmást. Proto, když přemýšlíte o tom, co je lepší: TLC nebo MLC, budete moci vidět:

• Oba typy mají stejnou rychlost při připojení k SATA III. Některé modely se mohou vyznačovat speciální rychlostí založenou na TLC díky tomu, že používají rozhraní PCI-E NVMe. Ačkoli, jak ukazuje praxe, čím dražší je disk, tím je rychlejší. A s největší pravděpodobností bude založen na MLC.
• Existují modely, ve kterých má zařízení s TLC delší záruční dobu než jeho starší „bratr“.
• Problém se spotřebou energie se může lišit od standardního stavu. Při rozhodování, co je lepší: TLC nebo MLC, se blíže podívejte na rozhraní, se kterými pracují. Například TLC na SATA III je mnohem ekonomičtější než MLC s PCI-E.

Mimochodem, rozdíl ve výkonu můžete vidět, i když nainstalujete disk nejprve do jednoho portu a poté do druhého. V tomto případě se spotřeba energie může značně lišit.

Další rozdíly

Výše popsané situace nejsou jediné svého druhu. Rozdíly v rychlostních parametrech, životnosti a spotřebě energie mohou záviset také na generaci zařízení. Není těžké uhodnout, že pokud je model nový, jeho starý model bude o něco horší.

Technologie výroby SSD se vyvíjejí a my získáváme větší objemy a množství volného místa, vyšší rychlosti a nižší teploty.

V důsledku toho nelze říci, který SSD je lepší: TLC nebo MLC. Určitě si můžete pořídit zastaralý model MLC, který se bude svými vlastnostmi znatelně lišit od TLC k horšímu. V tomto případě budou náklady na obě zařízení stejné.

Při výběru proto věnujte pozornost všem parametrům, je lepší je okamžitě porovnat, abyste později nelitovali nákupu. Dobře, je vhodné si okamžitě stanovit rozpočet pro sebe. Usnadní vám to seskupení těch modelů, které vám vyhovují jak z hlediska nákladů, tak parametrů.

Identifikace

Pokud se rozhodnete zjistit, co je lepší: SSD TLC vs MLC, po zakoupení disku SSD budete chtít určit typ paměti ve vašem zařízení. Už se stalo, že tyto informace nejsou na samotných discích. Navíc, i když si nainstalujete nějaký nástroj pro testování, stejně nedostanete odpověď. Co dělat v tomto případě?

Nejjednodušší způsob je jít online. Zde můžete zadat název modelu a analyzovat jej na základě recenzí. Existují dokonce speciální stránky, které mají celou databázi SSD disků. Existují absolutně všechny specifikace pro mnoho populárních modelů.

Problémy

Ale ne všechno je tak hladké. Možná se někteří uživatelé setkali s SSD od Silicon Power Slim. Jedná se o poměrně oblíbený model, který je na trhu již více než 3 roky. V době svého vzhledu vynikal nízkou cenou.

Přestože je tento příběh komplikovaný a dlouhý, stojí za to o něm krátce vědět. Levnost tohoto pohonu byla diktována výběrem nové platformy od tchajwanské společnosti. Byla revoluční. To bylo okamžitě zřejmé z charakteristik zařízení. Problémů ale bylo několik.

Za prvé, společnost se nestarala o převedení všech svých modelů na tuto novou platformu, takže některé disky byly prodávány na zastaralém základu. Za druhé, kvůli touze stát se populární, musel vývojář neustále měnit.

V důsledku toho některé modely změnily typ paměti a dokonce i hlasitost. Balíček se 120GB SSD by mohl obsahovat 60GB disk. A označení MLC čipu vůbec neznamenalo, že uživatel dostane disk založený na tomto typu. Výsledek: obrovské množství nespokojených majitelů, kteří dostali pomalou paměť.

Výrobci

Kupodivu je jen málo vývojářů, kteří si disky sami vyrábějí a prodávají. Důvodem je skutečnost, že ne všechny firmy mohou mít potřebné zdroje. Proto je velké množství firem, které nakupují jednotlivé díly a ve své kanceláři prostě vše posbírají a vyrobí nálepku.

Nezávislou produkci organizuje několik. Záleží jim na produktu, protože jim záleží na zpětné vazbě, kterou jejich produkt získá.

Na paměti pracují následující hlavní výrobci:

• Intel.
• Mikron.
• Samsung.
• Toshiba.
• SanDisk.
• Hynix.

První dvě společnosti zvolily stejné výrobní technologie. Je to proto, že využívají společný podnik.

Další možnosti

Pokud už vám bylo jasné, co je lepší: TLC nebo MLC, zbývá se vypořádat ještě s jedním typem paměti. Někdy v recenzích SSD disků najdete nepochopitelná označení: V-NAND, 3D-NAND atd. Jde o další experiment, který výrobce nabízí. Tento disk byl vyroben pomocí různých technologií.

V tomto případě nejsou paměťové buňky umístěny v jedné vrstvě, ale v několika. Kromě toho se používá paměť TLC a MLC. Tato skutečnost není uvedena ve všech případech, ale musíte pochopit, že samotné mikroobvody patří k již známému typu.

Pokud mluvíme o výkonu, můžeme říci, že 3D-NAND je o něco lepší. Za prvé je to kvůli nízké ceně a skvělým schopnostem. Za druhé, vícevrstvé umístění je spolehlivější a efektivnější. To lze dokázat testováním dvou modelů: „plochý“ a „objemový“ MLC.

Závěry

Nelze odpovědět na otázku, co je pro systém lepší: TLC nebo MLC. Když uživatelé položí takovou otázku, velmi často se ocitnete v nepříjemné situaci. Je těžké pochopit, jaké cíle a cíle kupující sleduje. Možná potřebuje superúčinný systém. Pak určitě potřebuje disk s MLC.

Co když potřebuje běžné pracovní PC? V tomto případě nemusí SSD disk vůbec potřebovat. Všechno jsou to individuální problémy, které si musí vyřešit každý sám.

Výkon a životnost SSD závisí především na NAND flash paměti a firmwaru řadiče. Jsou hlavními složkami ceny pohonu a je logické věnovat jim pozornost při nákupu. Dnes budeme mluvit o NAND.

Pokud si přejete, můžete najít složitosti technologického procesu výroby flash paměti na stránkách specializovaných na recenze SSD. Můj článek je zaměřen na širší okruh čtenářů a má dva cíle:

1. Zvedněte závoj nad vágními specifikacemi zveřejněnými na stránkách výrobců a obchodů SSD.
2. Vyřešte otázky, které můžete mít při studiu technických charakteristik paměti různých jednotek a čtení recenzí napsaných pro hardwarové nadšence.

Pro začátek uvedu problém pomocí obrázků.

Co naznačují specifikace SSD?

Technické specifikace NAND zveřejněné na oficiálních stránkách výrobců a v internetových obchodech ne vždy obsahují podrobné informace. Navíc se terminologie velmi liší a sestavil jsem pro vás data o pěti různých jednotkách.

Říká vám něco tento obrázek?

Dobře, řekněme, že Yandex.Market není nejspolehlivějším zdrojem informací. Pojďme na stránky výrobců – stalo se to jednodušší?

Možná to takto bude jasnější?

Co když ano?

Nebo je to takhle lepší?

Mezitím mají všechny tyto disky nainstalovanou stejnou paměť! Je těžké tomu uvěřit, zvláště při pohledu na poslední dva obrázky, že? Po přečtení zápisu do konce se o tom nejen přesvědčíte, ale přečtete si i takové charakteristiky jako otevřenou knihu.

Výrobci pamětí NAND

Výrobců flash pamětí je mnohem méně než společností prodávajících SSD pod vlastními značkami. Většina disků má nyní paměť z:

• Intel / Micron
• Hynix
• Samsung
• Toshiba/SanDisk

Není náhodou, že Intel a Micron sdílejí stejné místo na seznamu. Vyrábí NAND pomocí stejných technologií v rámci společného podniku IMFT.

V předním závodě v americkém státě Utah se stejná paměť vyrábí pod značkami těchto dvou společností v téměř stejném poměru. Z montážní linky závodu v Singapuru, který je nyní řízen společností Micron, se paměti mohou dostat i pod značku její dceřiné společnosti SpecTek.

Všichni výrobci SSD nakupují NAND od výše uvedených společností, takže různé disky mohou mít prakticky stejnou paměť, i když je jejich značka odlišná.

Zdálo by se, že v této situaci s pamětí by mělo být vše jednoduché. Existuje však několik typů NAND, které jsou zase rozděleny podle různých parametrů, což způsobuje zmatek.

Typy paměti NAND: SLC, MLC a TLC

Jedná se o tři různé typy NAND, přičemž hlavním technologickým rozdílem mezi nimi je počet bitů uložených v paměťové buňce.

SLC je nejstarší ze tří technologií a je nepravděpodobné, že byste našli moderní SSD s takovou NAND. Většina disků nyní obsahuje MLC a TLC je nové slovo na trhu s paměťmi pro SSD.

Obecně se TLC dlouho používá v USB flash discích, kde výdrž paměti nemá praktický význam. Nové technologické postupy umožňují snížit náklady na jeden gigabajt TLC NAND u SSD disků, poskytují přijatelný výkon a životnost, což je logické pro všechny výrobce.

Je zajímavé, že i když je široká veřejnost znepokojena omezeným počtem cyklů zápisu SSD disků, s vývojem technologií NAND se tento parametr pouze snižuje!

Jak určit konkrétní typ paměti na SSD

Bez ohledu na to, zda jste si zakoupili SSD nebo nákup teprve plánujete, po přečtení tohoto příspěvku můžete mít v podtitulu otázku.

Žádný program nezobrazuje typ paměti. Tyto informace lze nalézt v recenzích disků, ale existuje zkratka, zvláště když potřebujete porovnat několik kandidátů na nákup.

Na specializovaných stránkách najdete databáze na SSD a zde je příklad.

Bez problémů jsem tam zjistil paměťové charakteristiky svých disků, s výjimkou SanDisku P4 (mSATA) nainstalovaného v tabletu.

Které SSD mají nejlepší paměť?

Pojďme si nejprve projít hlavní body článku:

• Výrobci NAND se dají spočítat na prstech jedné ruky
• Moderní disky SSD používají dva typy NAND: MLC a TLC, které teprve nabývají na síle
• MLC NAND se liší v rozhraních: ONFi (Intel, Micron) a Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
• ONFi MLC NAND se dělí na asynchronní (levnější a pomalejší) a synchronní (dražší a rychlejší)
• Výrobci SSD používají paměti různých rozhraní a typů a vytvářejí rozmanitou škálu modelů vyhovujících každému rozpočtu
• Oficiální specifikace zřídka obsahují konkrétní informace, ale databáze SSD vám umožní přesně určit typ NAND

V takové zoologické zahradě samozřejmě nemůže být jasná odpověď na otázku položenou v podtitulu. Bez ohledu na značku disku NAND uvedené specifikace splňuje, jinak nemá smysl ho kupovat OEM výrobci (na SSD dávají vlastní záruku).

Nicméně... představte si, že vás léto potěšilo nebývalou úrodou jahod na dači!

Je to všechno šťavnaté a sladké, ale vy toho prostě nemůžete tolik sníst, a tak jste se rozhodli prodat některé bobule, které jste nasbírali.

Necháte si ty nejlepší jahody pro sebe nebo je dáte do prodeje? :)

Dá se předpokládat, že výrobci NAND instalují do svých disků nejlepší paměti. Vzhledem k omezenému počtu společností vyrábějících NAND je seznam výrobců SSD ještě kratší:

• Crucial (divize Micronu)
• Intel
• Samsung

Opět je to jen odhad a nepodložený tvrdými fakty. Ale jednali byste jinak, kdybyste byli těmito společnostmi?

Snadný způsob, jak zrychlit počítač, je nainstalovat na něj SSD disk. Už jsme o tom mluvili v jednom z předchozích článků. Tyto disky existují v několika typech a právě tomu bych chtěl věnovat dnešní článek. První je SATA disk SATA, obvykle se dodává v 2,5" provedení a je univerzálním řešením s velmi dobrou rychlostí a poměrně rozumnou cenou.

Je vhodný pro jakýkoli počítač, téměř jakýkoli notebook (existují výjimky, jako jsou modely SONY, které používají 1,8" form factor disk). Další na seznamu máme PCI, zvláště pozor na SSD PCI 3.0 - mají prostě šílené rychlost a možná budete překvapeni výkonem, který tyto disky získáte.

Ale jako všechny dobré věci mají jednu nevýhodu - poměrně vysokou cenu, která je často 2 nebo dokonce 3krát vyšší než běžné SSD disky SATA 2.5. Existují také mSATA (na obrázku níže), což je zkratka pro „mini SATA“, nejčastěji se používají v přenosných počítačích, ale z hlediska rychlosti se takové disky neliší od běžných SATA 2, to znamená, totéž, ale v menší formě -faktor.

Podívejte se, o kolik menší je mSATA SSD disk (zelený PCB nahoře) ve srovnání s běžným 2,5" pevným diskem

Je pozoruhodné, že existují SSD výhradně pro Apple (i zde zůstávají samostatnými „osobnostmi“) a jsou ještě dražší, i když z hlediska výkonu se neliší od stejných PCI SSD. Rychlost záznamu zde může být 700 MB/s – což je výborný ukazatel.

Pokud si chcete koupit SSD pro sebe, tak v každém případě budete muset volit mezi SATA a PCI verzí a je zde otázka ceny. Pokud na počítači trávíte hodně času, pak určitě vyzkoušejte PCI verzi disku. Protože se sám dodává v poli RAID (to je, když jsou zhruba 2 pevné disky připojeny do jednoho), v tomto případě jsou informace načítány ze dvou zařízení najednou, což zrychluje systém přesně 2krát.

PCI SSD - nainstalovaný uvnitř systémové jednotky počítače

Tzn., že se například stejný Windows nainstaluje na 2 flash disky (2 různé čipy) najednou a načte se z nich současně, což je opravdu skvělé řešení pro zvýšení výkonu počítače, rozhodně doporučuji zakoupit.

Pokud chcete jen nějak zrychlit svůj starý počítač, který možná brzy plánujete vyměnit za něco produktivnějšího, nebo si jen chcete SSD disk poprvé vyzkoušet v provozu, rozhodně doporučuji vzít známé a časem prověřený SATA 2,5 SSD.

Na základě konstrukce pevného disku SSD (nemá rotující magnetické disky jako např. HDD) je zřejmé, že jeho provozní rychlost a obecně samotná skutečnost jeho provozu přímo závisí na na dvou parametrech: modely řadičů a typy paměťových čipů NAND. Navíc i dva různé disky mohou obsahovat stejný ovladač, ale zároveň se bude lišit jejich provozní rychlost (vše závisí na firmwaru). Řadič podmíněně rozdělí celou paměť na buňky, do kterých se pak budou zapisovat informace.

A právě zde leží zásadní rozdíly mezi různými typy SSD pamětí. To znamená, že nezáleží na tom, jaký model paměti je použit v samotném pohonu, řadič jej v každém případě musí nejprve rozdělit na takzvané buňky. Ale kolik bitů informací se vejde do jedné buňky, je určeno typem paměti NAND. V současné době se používají pouze tři odrůdy: SLC, MLC, TLC (jako typ MLC).

SLC

SLC (Single Level Cell) - umožňuje uložit pouze 1 bit informace do jedné buňky - nula nebo jedna. Jedná se o nejdražší typ čipů NAND. Vysoká cena je dána složitostí výroby takových pohonů. Mezi nevýhody patří kromě ceny také nízká kapacita – cca 60 GB např.

Takový disk však bude rychlejší a spolehlivější než všechny ostatní, a to díky tomu, že se buňka bude přepisovat mnohem méně často, což, jak známo, výrazně prodlužuje životnost samotného zařízení. Podle výrobců lze jednu buňku přepsat až 100 000krát. Technologie SLC navíc poskytuje nejvyšší rychlost čtení/zápisu informací a takové disky jsou nejrychlejší.

V současné době je trh s řešeními SLC extrémně špatně formován. Jedním ze slavných takových disků byl donedávna Intel X25-E, který měl kapacitu pouhých 64 GB. Stálo to asi 20 000 rublů – což je extrémně drahé, protože za stejné peníze bez problémů pořídíte SSD disk s kapacitou asi 1 terabajt (1000 GB), byť s pamětí MLC.

MLC

MLC (Multi-Level Cell) je víceúrovňová buňka, která umožňuje zaznamenat dva bity informací najednou, což teoreticky snižuje její zdroj přesně na polovinu. Ve skutečnosti je však zdroj MLC SSD disku ještě nižší. Zpočátku jednotky nabízely až 10 000 cyklů zápisu, poté toto číslo kleslo na 5 000 a poté se stalo tak, jak je uvedeno v tabulce.

Dnes je to však nejběžnější typ paměti na trhu pevných disků. Modelů tohoto typu je prostě obrovské množství, jejich kapacita je již výrazně vyšší než u SLC modelů a může dosahovat až 1 TB a ještě výše. Navíc cena MLC disků stejné kapacity bude výrazně nižší než v případě SLC. Jak je vidět z tabulky, výkon MLC je také o něco horší.

Existuje také podtyp MLC - eMLC (enterprise MLC), který má tyto výhody: zvýšená životnost čipů díky většímu počtu možných cyklů zápisu/přepisu. Málokdo ví, ale například Samsung má unikátní technologii zvanou „3D V-NAND“, která umožňuje umístění buněk vertikálně, čímž se výrazně rozšíří kapacita paměti bez zvýšení výrobních nákladů.

TLC

TLC (Triple Level Cell) - hádejte, kolik bitů informací může taková TLC buňka uložit? Přesně tak, tři. To znamená, jak jste již pochopili, všechny tyto zkratky nám říkají o hustotě ukládání informací v čipech NAND. Ukazuje se, že „nejekonomičtější“ paměť bude TLC. Podobné (TLC) čipy se používají u flashdisků, kde životnost (počet přepisovacích cyklů) není tak důležitým parametrem. Technologie TLC je navíc velmi levná na výrobu.

TLC bych doporučoval používat jako pevný disk (neplést s HDD) k instalaci her např. No, rychlost čtení z něj bude mnohonásobně vyšší než i u nejrychlejšího HDD a náklady na TLC SSD jsou dnes ze všech nejnižší (ale stále dražší než HDD). A pro instalaci operačního systému je lepší použít jednotku s MLC, protože je spolehlivější a odolnější než TLC.

ONFi a přepnout režim

Disky (solid-state drive) s MLC se dělí na dva typy podle použitého rozhraní. Obě tyto zkratky označují nejen různá rozhraní, ale také sdružení (aliance) různých výrobců flash pamětí vyráběných podle určitého standardu. Například Intel, Micron, Spectec, Hynix jsou klasifikovány jako „ONFI“. A Samsung, Toshiba, SanDisk - respektive na „Přepnout režim“.

Obě rozhraní se dodávají v různých verzích, přičemž verze určují šířku pásma pro každý kanál NAND. ONFI se navíc dělí na asynchronní a synchronní, druhý jmenovaný poskytuje výkon, ale zároveň výrazně zvyšuje cenu zařízení. Asynchronní je tedy levnější, ale pomalejší. Když jsou všechny ostatní věci stejné, paměť přepínání režimu „na papíře“ vypadá poněkud rychleji než ONFi v operacích „sekvenčního zápisu“ a „náhodného čtení“.

Jak zjistit typ SSD paměti?

Můžete to zkusit zjistit programově např. pomocí programu “SSD-Z”. Tyto informace můžete také hledat v recenzích disků nebo na speciálních stránkách (nejčastěji v angličtině) - sbírkách charakteristik modelů SSD.

Moderní lidé jsou rádi mobilní a mají s sebou různé high-tech gadgety (anglicky gadget - zařízení), které usnadňují život, ale co skrývat, dělat ho bohatším a zajímavějším. A objevili se za pouhých 10-15 let! Miniaturní, lehké, pohodlné, digitální... Toho všeho dosáhly gadgety díky novým mikroprocesorovým technologiím, ale větší přínos přinesla jedna pozoruhodná technologie ukládání dat, o které si dnes povíme. Takže flash paměť.

Existuje názor, že název FLASH ve vztahu k typu paměti se překládá jako „blesk“. Ve skutečnosti to není tak úplně pravda. Jedna verze jeho vzhledu říká, že Toshiba poprvé v letech 1989-90 použila slovo Flash v kontextu „rychlého, okamžitého“ při popisu svých nových čipů. Obecně je za vynálezce považován Intel, který v roce 1988 představil flash paměti s architekturou NOR. O rok později Toshiba vyvinula architekturu NAND, která se dodnes používá spolu se stejným NOR ve flash čipech. Ve skutečnosti nyní můžeme říci, že se jedná o dva různé typy paměti, které mají trochu podobnou výrobní technologii. V tomto článku se pokusíme pochopit jejich konstrukci, princip fungování a také zvážit různé možnosti praktického použití.

ANI

S jeho pomocí se vstupní napětí převádějí na výstupní napětí odpovídající „0“ a „1“. Jsou nezbytné, protože ke čtení/zápisu dat v paměťové buňce se používají různá napětí. Schéma buňky je znázorněno na obrázku níže.

Je typický pro většinu flash čipů a je to tranzistor se dvěma izolovanými hradly: řídicí a plovoucí. Důležitou vlastností posledně jmenovaného je schopnost držet elektrony, tedy nabíjet. V buňce jsou také takzvané „drain“ a „source“. Při programování mezi nimi vzniká vlivem kladného pole na řídicí bránu kanál - tok elektronů. Část elektronů díky přítomnosti větší energie překonává vrstvu izolantu a dopadá na plovoucí bránu. Mohou se na něm skladovat několik let. Určitý rozsah počtu elektronů (náboje) na plovoucí bráně odpovídá logické jedničce a cokoli větší než toto odpovídá nule. Při čtení jsou tyto stavy rozpoznány měřením prahového napětí tranzistoru. Pro vymazání informací se na řídicí hradlo přivede vysoké záporné napětí a elektrony z plovoucího hradla se přesunou (tunelem) ke zdroji. V technologiích různých výrobců se tento princip fungování může lišit ve způsobu dodávání proudu a čtení dat z článku. Rád bych také upozornil na skutečnost, že ve struktuře flash paměti je použit pouze jeden prvek (tranzistor) pro uložení 1 bitu informace, zatímco u volatilních typů pamětí to vyžaduje několik tranzistorů a kondenzátor. To umožňuje výrazně snížit velikost vyráběných mikroobvodů, zjednodušit technologický proces a následně snížit náklady. Ale jeden bit je daleko od limitu: Intel již vydává paměť StrataFlash, jejíž každá buňka může uložit 2 bity informací. Kromě toho existují zkušební vzorky se 4 a dokonce 9bitovými buňkami! Tato paměť využívá víceúrovňovou buněčnou technologii. Mají normální strukturu, ale rozdíl je v tom, že jejich náboj je rozdělen do několika úrovní, z nichž každá má přiřazenu určitou kombinaci bitů. Teoreticky lze číst/zapisovat více než 4 bity, v praxi však nastávají problémy s eliminací šumu a s postupným únikem elektronů při dlouhodobém skladování. Obecně se dnes pro buňky existující paměťové čipy vyznačují dobou ukládání informací měřenou v letech a počtem cyklů čtení/zápisu v rozmezí od 100 tisíc do několika milionů. Mezi nevýhody, zejména flash paměti s architekturou NOR, stojí za zmínku špatná škálovatelnost: není možné zmenšit plochu čipů zmenšením velikosti tranzistorů. Tato situace souvisí se způsobem organizace matice buněk: v architektuře NOR musí být s každým tranzistorem vytvořen individuální kontakt. Flash paměti s architekturou NAND jsou na tom v tomto ohledu mnohem lépe.

NAND

Konstrukce a princip činnosti jeho článků je stejný jako u NOR. I když kromě logiky je tu ještě jeden důležitý rozdíl - architektura umístění buněk a jejich kontaktů. Na rozdíl od výše popsaného případu je zde kontaktní matice, v jejíchž průsečících řádků a sloupců jsou umístěny tranzistory. To je srovnatelné s pasivní maticí v displejích :) (a NOR je srovnatelné s aktivním TFT). V případě paměti je tato organizace poněkud lepší - oblast mikroobvodu může být výrazně zmenšena kvůli velikosti buněk. Nevýhodou (samozřejmě) je nižší rychlost provozu v operacích s náhodným přístupem byte po byte ve srovnání s NOR.

Existují i ​​takové architektury jako: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) atd. Nepředstavují nic zásadně nového, pouze kombinují nejlepší vlastnosti NAND a NOR.

A přesto, ať je to jak chce, NOR a NAND se dnes vyrábějí za stejných podmínek a prakticky si nekonkurují, protože se díky svým kvalitám používají v různých oblastech ukládání dat. O tom se bude dále diskutovat...

Kde je potřeba paměť...

Rozsah použití jakéhokoli typu flash paměti závisí především na jeho rychlostních charakteristikách a spolehlivosti ukládání informací. Adresový prostor paměti NOR umožňuje pracovat s jednotlivými byty nebo slovy (2 byty). V NAND jsou buňky seskupeny do malých bloků (podobně jako cluster pevných disků). Z toho vyplývá, že při sekvenčním čtení a zápisu bude mít NAND rychlostní výhodu. Na druhou stranu je však NAND výrazně horší v operacích s náhodným přístupem a neumožňuje přímou práci s bajty informací. Chcete-li například změnit jeden bajt, potřebujete:

1. načíst do vyrovnávací paměti blok informací, ve kterém se nachází
2. změňte požadovaný bajt ve vyrovnávací paměti
3. zapište blok se změněným bajtem zpět

Pokud k době provádění výše uvedených operací přidáme zpoždění načítání bloku a přístupu, dostaneme indikátory, které v žádném případě nekonkurují NOR (všimněte si, že je to speciálně pro případ záznamu bajt po bajtu). Sekvenční zápis/čtení je věc druhá - zde NAND naopak vykazuje výrazně vyšší rychlostní charakteristiky. Proto a také kvůli možnosti zvýšení kapacity paměti bez zvětšení velikosti čipu našel NAND flash využití jako úložiště velkého množství informací a pro jejich přenos. Nejběžnějšími zařízeními založenými na tomto typu paměti jsou flash disky a paměťové karty. Pokud jde o NOR flash, čipy s takovou organizací se používají jako úložiště programového kódu (BIOS, RAM kapesních počítačů, mobilních telefonů atd.), někdy implementované ve formě integrovaných řešení (RAM, ROM a procesor na jednom mini- deska, nebo dokonce v jednom čipu). Dobrým příkladem tohoto využití je projekt Gumstix: jednodeskový počítač velikosti žvýkačky. Právě čipy NOR poskytují pro takové případy požadovanou úroveň spolehlivosti ukládání informací a flexibilnější možnosti práce s nimi. Objem NOR flash se obvykle měří v jednotkách megabajtů a zřídka přesahuje desítky.

A dojde k záblesku...

Flash je samozřejmě slibná technologie. Navzdory vysokému tempu růstu výroby jsou však úložná zařízení na nich založená stále dostatečně drahá, aby mohla konkurovat pevným diskům pro stolní počítače nebo notebooky. V podstatě je nyní sféra dominance flash pamětí omezena na mobilní zařízení. Jak víte, tento segment informačních technologií není tak malý. Podle výrobců se navíc flashová expanze nezastaví. Jaké jsou tedy hlavní vývojové trendy v této oblasti?

Za prvé, jak již bylo zmíněno výše, je zde silný důraz na integrovaná řešení. Projekty jako Gumstix jsou navíc pouze mezistupněm na cestě k implementaci všech funkcí v jednom čipu.

Takzvané on-chip (jednočipové) systémy jsou zatím kombinace flash paměti s řadičem, procesorem, SDRAM, nebo speciálním softwarem v jednom čipu. Například Intel StrataFlash v kombinaci se softwarem Persistent Storage Manager (PSM) umožňuje využívat kapacitu paměti současně jak pro ukládání dat, tak pro spouštění programového kódu. PSM je v podstatě souborový systém podporovaný Windows CE 2.1 a vyšším. To vše je zaměřeno na snížení počtu komponent a zmenšení velikosti mobilních zařízení při současném zvýšení jejich funkčnosti a výkonu. Neméně zajímavý a relevantní je vývoj společnosti Renesas - flash paměti superAND s vestavěnými funkcemi správy. Do této chvíle byly implementovány samostatně v řadiči, nyní jsou však integrovány přímo do čipu. Jedná se o funkce monitorování vadných sektorů, opravy chyb (ECC - error check and correct) a vyrovnávání opotřebení. Protože jsou přítomny v té či oné variantě ve většině jiných značkových firmwarů externích ovladačů, pojďme se na ně krátce podívat. Začněme špatnými sektory. Ano, nacházejí se i ve flash paměti: čipy již sjíždějí z montážní linky s průměrně až 2 % nepracujících článků – to je běžná technologická norma. Časem ale může jejich počet narůst (životní prostředí by z toho nemělo být nijak zvlášť obviňováno - elektromagnetický, fyzikální (třesení atd.) vliv flash čipu není nijak hrozný). Proto má flash paměť, stejně jako pevné disky, rezervní kapacitu. Pokud se objeví vadný sektor, funkce monitorování nahradí jeho adresu v alokační tabulce souborů adresou sektoru z náhradní oblasti.

Algoritmus ECC je ve skutečnosti zodpovědný za identifikaci špatných problémů - porovnává zaznamenané informace se skutečně zaznamenanými informacemi. Vzhledem k omezenému zdroji článků (řádově několik milionů cyklů čtení/zápisu pro každý) je také důležité mít funkci pro účtování rovnoměrného opotřebení. Uvedu vzácný, ale běžný případ: klíčenka s 32 MB, z toho 30 MB je obsazených a do volného místa se neustále něco zapisuje a maže. Ukazuje se, že některé buňky jsou nečinné, zatímco jiné intenzivně vyčerpávají své zdroje. Aby k tomu nedocházelo, je u značkových zařízení volné místo konvenčně rozděleno do sekcí, pro každou z nich je sledován a zaznamenáván počet operací zápisu.

I složitější all-in-one konfigurace jsou dnes hojně zastoupeny společnostmi jako např. Intel, Samsung, Hitachi atd. Jejich produkty jsou multifunkční zařízení implementovaná pouze v jednom čipu (standardně obsahuje procesor, flash paměť a SDRAM ). Jsou zaměřeny na použití v mobilních zařízeních, kde je důležitý vysoký výkon s minimální velikostí a nízkou spotřebou. Patří sem: PDA, chytré telefony, telefony pro sítě 3G. Uvedu příklad takového vývoje – čip od Samsungu, který kombinuje procesor ARM (203 MHz), 256 MB paměti NAND a 256 SDRAM. Je kompatibilní s běžnými operačními systémy: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux a má podporu USB. Na jeho základě je tedy možné vytvářet multifunkční mobilní zařízení s nízkou spotřebou energie, schopná pracovat s videem, zvukem, hlasem a dalšími aplikacemi náročnými na zdroje.

Dalším směrem ke zlepšení flash je snížení spotřeby energie a velikosti při současném zvýšení velikosti a rychlosti paměti. To platí ve větší míře pro čipy s architekturou NOR, protože s rozvojem mobilních počítačů podporujících bezdrátové sítě se NOR flash díky svým malým rozměrům a nízké spotřebě energie stane univerzálním řešením pro ukládání a spouštění programového kódu. 512 Mbit čipy NOR od stejných Renesas budou brzy uvedeny do sériové výroby. Jejich napájecí napětí bude 3,3 V (připomínám, že mohou ukládat informace bez napájení) a rychlost zápisu 4 MB/sec. Intel zároveň již nyní prezentuje svůj vývoj StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) - univerzálního systému flash pamětí pro bezdrátové technologie. Jeho kapacita paměti může dosáhnout 1 Gbit a provozní napětí je 1,8 V. Technologie výroby čipu je 0,13 nm, s plánem přechodu na procesní technologii 0,09 nm. Mezi inovacemi této společnosti stojí za zmínku také organizace dávkového režimu provozu s pamětí NOR. Umožňuje číst informace ne po jednom bajtu, ale v blocích po 16 bajtech: pomocí datové sběrnice 66 MHz dosahuje rychlost výměny informací s procesorem 92 Mbit/s!

No, jak vidíte, technologie se rychle vyvíjí. Je docela možné, že do vydání tohoto článku se objeví něco nového. Takže, kdyby se něco stalo, nevyčítejte mi to :) Doufám, že vás materiál zaujal.

V současné době získávají stále větší oblibu disky SSD nebo SSD ( S tuhá S tate Dřeka). To je způsobeno tím, že jsou schopny poskytovat jak vysokou rychlost čtení a zápisu souborů, tak i dobrou spolehlivost. Na rozdíl od běžných pevných disků zde nejsou žádné pohyblivé prvky a k ukládání dat se používá speciální flash paměť NAND.

V době psaní tohoto článku používají SSD tři typy flash pamětí: MLC, SLC a TLC a v tomto článku se pokusíme zjistit, který z nich je lepší a jaký je mezi nimi rozdíl.

NAND flash paměť byla pojmenována podle zvláštního typu označení dat – Not AND (logické Not AND). Aniž bychom zacházeli do technických detailů, NAND organizuje data do malých bloků (nebo stránek) a umožňuje vysokou rychlost čtení dat.

Nyní se podívejme, jaké typy paměti se používají v jednotkách SSD.

Jednoúrovňová buňka (SLC)

SLC je již zastaralý typ paměti, který k ukládání informací používal jednoúrovňové paměťové buňky (mimochodem, doslovný překlad do ruštiny zní jako „Jednoúrovňová buňka“). To znamená, že v jedné buňce byl uložen jeden bit dat. Taková organizace ukládání dat umožnila poskytovat vysokou rychlost a obrovský zdroj přepisování. Rychlost čtení tedy dosahuje 25 ms a počet přepisovacích cyklů je 100 000. SLC je však i přes svou jednoduchost velmi drahý typ paměti.

Pro:

• Vysoká rychlost čtení a zápisu;
• Skvělý zdroj pro přepisování.

nevýhody:

• Vysoká cena.

Víceúrovňová buňka (MLC)

Další fází vývoje flash paměti je typ MLC (přeloženo do ruštiny jako „víceúrovňová buňka“). Na rozdíl od SLC používá dvouúrovňové buňky, které ukládají dva bity dat. Rychlost čtení a zápisu zůstává na vysoké úrovni, ale výrazně se snižuje výdrž. Řečeno čísly, rychlost čtení je zde 25 ms a počet cyklů přepisu je 3000. Tento typ je také levnější, proto se používá ve většině SSD.

Pro:

• Nižší náklady;
• Vysoká rychlost čtení a zápisu ve srovnání s běžnými disky.

nevýhody:

• Nízký počet přepisovacích cyklů.

Tříúrovňová buňka (TLC)

A konečně třetím typem paměti je TLC (ruská verze názvu tohoto typu paměti zní jako „tříúrovňová buňka“). Ve srovnání s předchozími dvěma je tento typ levnější a v současné době se vyskytuje poměrně často v rozpočtových jednotkách.

Tento typ je hustší a v každé buňce ukládá 3 bity. Vysoká hustota zase vede k nižší rychlosti čtení/zápisu a snižuje výdrž disku. Na rozdíl od jiných typů pamětí zde rychlost klesla na 75 ms a počet přepisovacích cyklů klesl na 1000.

Pro:

• Vysoká hustota ukládání dat;
• Nízká cena.

nevýhody:

• Nízký počet přepisovacích cyklů;
• Nízká rychlost čtení a zápisu.

Závěr

Shrneme-li, lze poznamenat, že nejrychlejším a nejodolnějším typem flash paměti je SLC. Vzhledem k vysoké ceně však byla tato paměť nahrazena levnějšími typy.

Typ TLC je finančně nenáročný a zároveň méně rychlý.

A nakonec zlatou střední cestou je typ MLC, který oproti klasickým pohonům poskytuje vyšší rychlost a spolehlivost a není ani příliš drahý. Pro přehlednější srovnání se můžete podívat na tabulku níže. Zde jsou hlavní parametry porovnávaných typů paměti.