Technologie flash pamětí. Zápis hotového obrázku na čip

Pevné disky SSD jsou každým rokem levnější a zároveň stále populárnější. Na trhu se objevuje stále více modelů těchto pohonů, a to nejen díky nabídce jejich sortimentu novými výrobci, ale také využíváním nových technologií „starými hráči“. Společnosti v současné době uvádějí na trh SSD disky se dvěma hlavními typy paměti: MLC a TLC. V tomto článku se podíváme na to, jak se od sebe liší a jakou možnost je lepší koupit pro domácí použití.

Upozornění: V prodeji můžete také najít pevné disky SSD, jejichž paměť je označena V-NAND nebo 3D NAND. Tato paměť je stále typu MLC nebo TLC, o takových označeních si také povíme níže.

Typy paměti SSD disku

Jednotky SSD používají flash paměť, což jsou organizované paměťové buňky založené na polovodičích, seskupené zvláštním způsobem. Všechny použité flash paměti můžete rozdělit naSSD disky takto:

• Metodou čtení a zápisu. Moderní SSD používají paměť typu NAND;
• Podle způsobu uložení dat. Podle způsobu ukládání dat lze SSD disky rozdělit na SLC a MLC. Zkratky lze dešifrovat jako „jednoúrovňová buňka“ nebo „víceúrovňová buňka“. V případě paměti SLC může jedna buňka obsahovat nejvýše jeden bit dat, zatímco ve druhé situaci může jedna buňka uložit více než jeden bit. SSD pro spotřebitele využívají technologii úložiště MLC.

TLC je podtypem paměti MLC. Pokud standardní MLC paměť ukládá 2 bity informací do jedné buňky, pak ve verzi TLC může uložit tři bity informací do jedné paměťové buňky. To znamená, že TLC je také víceúrovňová buňka.

Upozornění: Někteří výrobci SSD neuvádějíTLC a 3-bitMLC neboMLC-3. V podstatě všechny tři tyto možnosti znamenají totéž.

TLC nebo MLC: co je lepší?

Bez ohledu na detaily můžeme říci, že obecně typ pamětiMLC je lepší nežTLC, zde jsou některé z jeho výhod:

• Paměť tohoto typu vydrží déle, v průměru o 20-30 %;
• MLC je rychlejší než TLC;
• Disky SSD založené na paměti MLC vyžadují k provozu méně energie.

Za lepší kvalitu musíte zaplatit a přítomnost paměti MLC ovlivňuje náklady na pevné disky SSD - jsou dražší než možnosti TLC.

Pokud ale půjdeme do detailu a zvážíme použití SSD disků s těmito typy pamětí na uživatelské úrovni, stojí za to říci, že rozdíly mezi nimi nejsou tak velké a ne vždy má smysl za MLC paměti přeplácet. Velká část jejich činnosti závisí na dalších faktorech, jako je rozhraní připojení. Podívejme se na několik možností:

Abychom to shrnuli, můžeme konstatovat, že je to jasnéMLC neboMožnost TLC nevyhrává. Existuje obrovské množství faktorů, které ovlivňují rychlost SSD. Pokud si koupíte vysokokapacitní SSD založené na paměti TLC, může se ukázat, že je lepší od jednoho výrobce než model MLC od jiného výrobce, přičemž náklady budou stejné. Na spotřebitelské úrovni by se kupující neměl zaměřit na typ paměti, ale na výkon konkrétního disku v testech, které výrobci vždy zveřejňují.

Testovací výkon se může lišit i mezi modely od stejné společnosti vyrobenými v různých řadách, a to navzdory stejnému typu paměti v nich.

Co je 3D NAND, 3D TLC a V-NAND v paměti SSD

Další možností, které si kupující může všimnout při výběru pevného disku SSD, je 3D NAND, 3D TLC nebo V-NAND. V závislosti na výrobci má tato vlastnost různé názvy, ale podstata je stejná. Pokud takové označení existuje, měli byste vědět, že v tomto modelu jednotky jsou paměťové buňky flash umístěny na čipech v několika vrstvách, zatímco při absenci takového označení jsou s největší pravděpodobností překryty v jedné vrstvě.

Původ NAND pamětí byl založen na flash paměti, která se objevila mnohem dříve a byla používána v SSD s jasně nižší provozní rychlostí, odolností a větší plochou čipu než paměti NAND. Flash paměť vynalezl Fujio Masuoka v roce 1984, když pracoval pro Toshibu. Po představení návrhu Fujio Masuoky na IEEE (International Electron Devices Meeting) v roce 1984 v San Franciscu v Kalifornii Intel v roce 1988 vydal první komerční flash čip NOR. Vznik NAND flash pamětí oznámila Toshiba v roce 1989 na Mezinárodní konferenci o pevných obvodech.

Základní rozdíl mezi flash pamětí je v tom, že ukládá jeden bit informace v poli tranzistorů s plovoucím hradlem, které se nazývají buňky. V jednotkách SSD se používají dva typy paměti NAND – SLC a MLC. Jaký je rozdíl mezi typy pamětí SLC a MLC? Zařízení SLC mají jednoúrovňové buňky, které ukládají pouze jeden bit v každém tranzistoru, zatímco víceúrovňové MLC mohou ukládat více bitů informací v každé buňce. To je důsledek použití různých úrovní elektrického náboje na plovoucí hradle tranzistoru. Princip kódování (logická 0 nebo 1) informace je ve všech případech stejný, bude popsán níže. Liší se pouze struktura buňky. Hloubka úrovní MLC může dosáhnout až 4, to znamená, že může uložit až 4 bity informací, zatímco SLC je jednodušší jednotka a ukládá 1 bit.

Technologie MLC umožňuje zvýšením úrovní výrazně zvýšit kapacitu disku, přičemž jeho fyzické rozměry zůstávají nezměněny, což snižuje náklady na každý gigabajt. Zde pozitivní vlastnosti této technologie končí. S každou další úrovní je úkol rozpoznání úrovně signálu komplikovanější, nemluvě o snížení provozní životnosti SSD disku, prodlužuje se čas potřebný k vyhledání adresy buňky a zvyšuje se pravděpodobnost chyb. Kontrola chyb se provádí hardwarově, což v případě technologie MLC vede ke zvýšení nákladů na řídicí elektroniku a tím i ke zvýšení konečných nákladů na SSD. SSD disky, hojně prodávané na globálním trhu, využívají technologii MLC se čtyřúrovňovým záznamem. V tomto případě jsou data zakódována jako (11), (10), (01), (00). U SLC může jednoúrovňová buňka nabývat pouze hodnot 0 nebo 1.

Řešení s buňkami SLC při stejné velikosti a ceně jsou jednoznačně horší než MLC v množství informací na nich uložených, ale zároveň jsou rychlejší a odolnější. Výrobci proto musí používat více čipů s menší celkovou kapacitou disku, což v konečném důsledku zvyšuje cenu SLC disku více než dvojnásobně oproti stejně velkému MLC disku.

Mechanismy pro zápis a čtení elementární buňky paměti NAND

Pokusíme se podrobněji popsat činnost tranzistoru pro paměti NAND, což je izolovaný hradlový tranzistor s efektem pole neboli MOSFET.

Hlavním rysem tranzistoru s efektem pole, který umožňoval jeho použití pro ukládání informací, byla schopnost udržet elektrický náboj na „plovoucí“ bráně po dobu až 10 let. Samotné „plovoucí“ hradlo je vyrobeno z polykrystalického křemíku a je zcela obklopeno dielektrickou vrstvou, která zajišťuje, že nemá žádný elektrický kontakt s prvky tranzistoru. Nachází se mezi řídicí bránou a substrátem p-n přechodu. Řídicí elektroda tranzistoru s efektem pole se nazývá hradlo. V tomto případě je vodivost p-n přechodu, způsobená elektrickým odporem, řízena rozdílem potenciálů, který vytváří elektrické pole, které ovlivňuje stav p-n přechodů.

Důležitými prvky tranzistoru jsou také kolektor a zdroj. Aby se změnil kousek informace zapsané do buňky, vytvoří se elektrické pole napětím na řídicí bráně a dojde k tunelovému efektu. To umožňuje, aby některé elektrony prošly dielektrickou vrstvou k plovoucí bráně, poskytly jí náboj, a proto naplnily základní buňku trochou informací.

Akumulovaný náboj na plovoucí bráně ovlivňuje vodivost zdroje kolektoru, která se používá pro čtení.

Tento rozdíl v mechanismech záznamu a čtení jednoznačně ovlivňuje rozdílnou spotřebu energie těchto režimů. NAND paměti spotřebovávají poměrně hodně proudu při zápisu, ale při čtení je spotřeba energie naopak malá. Pro vymazání informací se na řídicí hradlo přivede vysoké záporné napětí a elektrony z plovoucího hradla se přesunou ke zdroji. Právě z takových elementárních buněk spojených do stránek, bloků a polí se skládá moderní SSD.

Životnost paměti NAND

Hlavní vlastností paměti NAND, která umožňuje její použití v jednotkách SSD, je schopnost ukládat data bez externího zdroje napájení. Tato technologie však ukládá omezení počtu změn logického stavu buňky, což vede ke konečnému počtu přepisovacích cyklů pro tuto buňku. To je způsobeno postupnou destrukcí dielektrické vrstvy. K tomuto efektu dochází mnohem rychleji u článků MLC kvůli jejich malé rezervě pro změnu náboje plovoucího hradla díky konstrukčním prvkům. Čtení buňky má také vliv na její životnost, ale tento dopad je mnohem méně významný než při zápisu/mazání, což umožňuje považovat cykly čtení za neomezené a životnost SSD disku se měří počtem možných cyklů přepisu.

Všechny SSD disky obsahují část, která je pro standardní operace zápisu/čtení nepřístupná. Je potřeba jako rezerva pro případ opotřebení článků, podobně jako magnetické HDD disky, které mají rezervu pro výměnu špatných bloků. Dodatečná rezerva článku se využívá dynamicky, a když se primární články fyzicky opotřebují, je poskytnut náhradní náhradní článek.

Zde je přibližná srovnávací tabulka hlavních charakteristik, které odlišují provoz SSD disků s technologií SLC a disků s MLC buňkami.

Tabulka přehledně ukazuje všechny výhody a nevýhody těchto technologií. Ukazuje nadřazenost řešení SLC nad MLC, ale neuvádí hlavní kritérium popularity SSD disků - jejich cenu. Nemá smysl to uvádět kvůli rychlému snížení nákladů na taková řešení. Řekněme, že ačkoli jsou MLC disky ve všech ohledech horší než SLC, jsou více než dvakrát dražší a mohou být kompaktnější se stejným množstvím uložených dat.

Struktura disku SSD: velikost buňky, velikost stránky, blok paměti NAND

Pro efektivnější využití elementárních paměťových buněk byly spojeny do polí s víceúrovňovou strukturou. Jedna buňka, která uchovává jeden (pro SLC) nebo obvykle dva (pro aktuální generaci MLC) bity dat, je spojena do skupiny nazývané stránka a obsahující 4 KB dat.

Speciální algoritmy pro práci s SSD disky

Kvůli omezeným cyklům zápisu/mazání paměťových buněk flash museli vývojáři vytvořit správný algoritmus pro provoz SSD disku, který mu umožnil rovnoměrně „opotřebovat“ celý úložný prostor. Jak jsme již uvedli, celý objem disku je rozdělen na bloky o velikosti 512 KB a ty zase na stránky o kapacitě 4 KB, na kterých se provádějí operace čtení a zápisu. Jakmile však na stránku zapíšete informace, nelze je přepsat, dokud nebudou vymazány. Problém je v tom, že minimální velikost zaznamenaných informací nemůže být menší než 4 KB a data lze vymazat v blocích o velikosti alespoň 512 KB. K tomu regulátor seskupuje a přenáší data (tento algoritmus popíšeme níže), aby uvolnil celý blok. Tato operace vede ke zvýšení doby odezvy a snížení zdrojů SSD, ale něco je třeba obětovat.

Promluvme si o algoritmu zápisu/mazání.

Na základě požadavku operačního systému na zápis určuje řadič médií velikost a strukturu informací. Pokud je dostatečný počet prázdných bloků, je přidělen nový blok, na který se zkopírují data přenesená do OS pro zápis. S tím, jak se disk zaplňuje a ubývá dostatečný počet prázdných bloků, se však tato operace výrazně zkomplikuje. Řadič stále více hledá nejvhodnější (z hlediska počtu volných stránek), částečně obsazený blok a přepisuje jej do prázdného bloku, přičemž jej kombinuje s daty přijatými z OS pro zápis, který jej zcela zaplní. Poté se starý blok vyčistí. Tímto algoritmem získáme jeden zcela vyplněný blok a jeden prázdný, který je zařazen do skupiny prázdných bloků dostupných pro zápis. Když je zadán požadavek na zápis, řadič používá pouze bloky z této skupiny.

Řadič je obvykle vybaven 10 kanály, řadiče SSD disků od Intelu mají tento počet kanálů. Celá skupina čipů je rovnoměrně přiřazena každému kanálu výměny dat. V této fázi vývoje technologií SSD disků se paměťové čipy interagující s prvním kanálem nemohou protínat v operacích s druhým, třetím a následujícími kanály, ale tento problém může být v blízké budoucnosti vyřešen. Bylo by celkem logické použít „plovoucí“ odkazy pro veškerou paměť umístěnou na disku. Často je potřeba zaznamenat frontu malých dat, pak kontrolér automaticky rozdělí celý blok na všechny kanály, ale spojení mezi buňkami zůstane zachováno, protože tento kus dat je jeden logický celek.

Operace mazání dat také přímo závisí na objemu a umístění mazaných dat. Pokud jsou všechny informace zapsány v jednom bloku nebo ve skupině bloků, které je zcela obsadí, pak se blok/bloky jednoduše vyčistí a označí jako prázdné a připravené pro následný záznam nejvyšší možnou rychlostí. Tento ideální případ ale nenastává vždy.

Pokud je nutné smazat ne celý blok, ale několik stránek v něm umístěných, pak kontrolér vymaže data logicky, aniž by je vymazal, ale pouze označí data stránky jako smazaná. V budoucnu budou zbývající informace kombinovány s novými informacemi, které přišly pro záznam a zapsány do prázdného bloku, a původní blok, jak již bylo popsáno v algoritmu záznamu, bude zcela vymazán a označen jako prázdný.

Proč je potřeba ořezávání?

Jde o další důležitou technologii, která zajišťuje rovnoměrnější opotřebení SSD disku a rychlejší zpracování dat prostřednictvím příkazu TRIM. Umožňuje vám vytvořit řetězec a určit prioritu uvolněných bloků. Dříve byla tato operace přiřazena OS, ale moderní řadiče SSD již tuto funkci podporují hardwarově ve firmwaru disku. Čas potřebný k vyčištění bloků exponenciálně souvisí s volným místem na disku. Čím méně informací a více volného místa, tím rychlejší „ořezávání“ probíhá na SSD. Vzhledem k tomu, že se disk zaplní ze 75 %, není funkce čištění stále příliš patrná vzhledem k době nečinnosti. Jakmile však zbývá méně než 15 % volného místa, ořezávání se stává obtížným. Část závislosti je přirozeně zcela určena typem informace (statická, tj. zřídka přesunovaná a většinou pouze pro čtení, nebo dynamická). Podle výzkumu IBM jsou ideální provozní podmínky pro SSD, když je zaplněno méně než 75 % a poměr statických a dynamických informací je 3:1.

TRIM je nedílnou součástí moderních SSD disků. Poskytuje zvýšení výkonu, když jsou disky více než ze 2/3 plné dat, díky správnému třídění bloků a jejich přípravě na zápis. To umožňuje snížit rozdíl v rychlosti nového a již ze 75 % zaplněného disku na 2–3 %.

Nezapomeňte, že ve výchozím nastavení je operační systém nakonfigurován pro práci s běžným HDD diskem, což znamená, že uživatel musí deaktivovat „staré“ mechanismy pro zvýšení rychlosti magnetického disku a také defragmentační algoritmy. Kromě toho je důležité mít obavy, že nevyužijete veškerý prostor na disku SSD.

K čemu se používá mezipaměť na jednotkách SSD?

Vyrovnávací paměť na jednotkách SSD se nepoužívá k urychlení postupu zápisu/čtení, jak je obvyklé u pevných disků. Jeho objem neuvádí většina výrobců ani v technických specifikacích SSD. Nelze ji považovat za běžnou mezipaměť, jak jsme tomu zvyklí chápat. Cache paměť na SSD discích se dynamicky používá k ukládání tabulek umístění a obsazenosti diskových buněk. Zároveň dokáže ukládat dočasné informace z vymazaných buněk, pokud na disku není dostatek volného místa. Tabulky jsou trojrozměrná matice a jsou hlavním pomocníkem pro řadič SSD. Na základě těchto dat se disk rozhoduje o vymazání dalších buněk. Ukládá také informace o frekvenci a intenzitě využití každého dostupného bloku na disku. Kromě toho jsou zde zaznamenány adresy „míst“, kde záznam není možný z důvodu fyzického opotřebení.

SSD ovladač

Velmi důležitým a neustále vylepšovaným prvkem SSD disku je jeho řadič. Hlavním úkolem řadiče je zajišťovat operace čtení a zápisu, ale vzhledem k mnoha fyzickým vlastnostem SSD disku je řadič také zodpovědný za správu struktury umístění dat. Na základě matice umístění bloků, do kterých buněk již bylo zapsáno a do kterých ne, řadič optimalizuje rychlost zápisu a zajišťuje nejdelší životnost vašeho SSD disku. Vzhledem ke konstrukčním vlastnostem paměti NAND nelze pracovat s každou buňkou zvlášť. Jak jsme si řekli výše, jsou sloučeny do 4 KB stránek a informace lze zaznamenat pouze úplným obsazením stránky. Můžete vymazat data v blocích o velikosti 512 kB. Všechna tato omezení ukládají určité povinnosti správnému inteligentnímu algoritmu regulátoru. Správně nakonfigurovaný a optimalizovaný řadič tedy může výrazně změnit rychlost i životnost SSD disku.

Výsledky

V tuto chvíli je předčasné mluvit o úplném vítězství SSD disků nad magnetickými disky. Pokud vezmeme v potaz kapacitu a rychlost SSD disku, srovnáme-li je s obdobnými parametry u tradičních HDD, pak hlavním limitujícím faktorem přechodu na SSD bude stále jejich cena. Rozbor posledních let ukázal neochotu výrobců zlevňovat NAND paměti. Pouze v posledním půlroce můžeme pozorovat mírný klesající trend ceny SSD disků, a to nejspíše kvůli poklesu spotřebitelské poptávky, který je způsoben celosvětovou krizí. Pevné disky jsou na globálním trhu dostupné v široké škále již několik let, ale ani tak významné období pro digitální technologie nemohlo ovlivnit jejich konkurenceschopnost z hlediska „ceny za GB uložených informací“ ve vztahu k magnetickým diskům. Hustota záznamu na magnetický disk se neustále zvyšuje, což přispívá k uvolňování stále prostornějších modelů (v současné době jsou široce dostupné HDD s kapacitou 2 TB). Toto rozdělení trhu může kupujícího donutit dát přednost SSD disku pouze v případech naléhavé potřeby rychlosti čtení nebo odolnosti vůči vibracím/otřesům, ale valná část informací bude stále uložena na klasických pevných discích.

Výhody a nevýhody SSD ve srovnání s HDD magnetickými disky:

výhody:

• mnohem vyšší rychlost čtení;
• úplná absence hluku;
• spolehlivost díky absenci pohyblivých částí;
• nízká spotřeba energie;
• vysoká odolnost proti vibračnímu zatížení.

nedostatky:

• vysoké náklady na každý GB uložených informací;
• omezený počet cyklů záznamu a mazání dat.

Článek přečten 10888 krát

Přihlaste se k odběru našich kanálů

NAND flash paměť používá hradlo NOT AND a jako mnoho jiných typů paměti ukládá data do velkého pole buněk, přičemž každá buňka obsahuje jeden nebo více bitů dat.

Jakýkoli typ paměti může být ovlivněn vnitřními a vnějšími faktory, jako je opotřebení, fyzické poškození, hardwarové chyby a další. V takových případech riskujeme úplnou ztrátu dat. Co dělat v takových situacích? Nebojte se, protože existují programy pro obnovu dat, které dokážou data obnovit snadno a rychle, aniž by bylo nutné dokupovat další vybavení nebo v extrémním případě začít znovu pracovat na ztracených dokumentech. Podívejme se blíže na NAND flash paměti.

Pole NAND je obvykle rozděleno do mnoha bloků. Každý bajt v jednom z těchto bloků lze individuálně zapsat a naprogramovat, ale jeden blok představuje nejmenší vymazatelnou část pole. V takových blocích má každý bit binární hodnotu 1. Například monolitické 2 GB NAND flash paměťové zařízení obvykle sestává z 2048 B (128 KB) bloků a 64 na blok. Každá stránka obsahuje 2112 bajtů a skládá se z 2048 bajtů dat a další zóny 64 bajtů. Náhradní oblast se obvykle používá pro ECC, informace o opotřebení buněk a další funkce režijního softwaru, i když se fyzicky neliší od zbytku stránky. Zařízení NAND jsou nabízena s 8bitovým nebo 16bitovým rozhraním. Datový uzel je připojen k paměti NAND prostřednictvím obousměrné 8 nebo 16 bitové datové sběrnice. V 16bitovém režimu používají instrukce a adresy 8 bitů, zbývajících 8 bitů se používá během cyklů přenosu dat.

Typy NAND Flash paměti

NAND flash paměti, jak jsme již uvedli, jsou k dispozici ve dvou typech: jednoúrovňové (SLC) a víceúrovňové (MLC). Jednoúrovňová flash paměť – SLC NAND (single level cell) se dobře hodí pro aplikace, které vyžadují vysokou a střední hustotu. Jedná se o nejjednodušší a nejpohodlnější technologii. Jak je popsáno výše, SLC NAND ukládá jeden bit dat do každé paměťové buňky. SLC NAND nabízí relativně vysoké rychlosti čtení a zápisu, dobrý výkon a jednoduché algoritmy pro opravu chyb. SLC NAND může být v přepočtu na bit dražší než jiné technologie NAND. Pokud aplikace vyžaduje vysoké rychlosti čtení, jako je například vysoce výkonná mediální karta, některé hybridní disky, SSD (Solid State Device) nebo jiné vestavěné aplikace, může být SLC NAND jedinou vhodnou volbou.

Víceúrovňová flash paměť – MLC NAND (multilevel cell) je navržena pro aplikace s vyšší hustotou a pomalými cykly.

Na rozdíl od SLC NAND ukládají víceúrovňové buňky MLC NAND dva nebo více bitů na paměťovou buňku. K určení umístění každého bitu se použije napětí a proud. Zařízení SLC vyžadují pouze jednu úroveň napětí. Pokud je detekován proud, hodnota bitu je 1; pokud není detekován žádný proud, je bit označen jako 0. U zařízení MLC se k určení hodnot bitů používají tři různé úrovně napětí.

MLC NAND obvykle nabízí dvojnásobnou kapacitu oproti SLC NAND na zařízení a je také levnější. Protože SLC NAND je třikrát rychlejší než MLC NAND a nabízí více než 10krát vyšší výkon; ale pro mnoho aplikací nabízí MLC NAND správnou kombinaci ceny a výkonu. Ve skutečnosti MLC NAND představuje téměř 80 % všech dodávek NAND flash pamětí. A paměť MLC NAND flash dominuje výběru spotřebitelů ve třídě SSD, protože jejich výkon je lepší než u magnetických pevných disků.

Životnost SSD závisí na počtu bajtů, které byly zapsány do NAND flash paměti. Většina zařízení na bázi MLC je dodávána s jednoletou až tříletou zárukou. Je však důležité přesně porozumět tomu, jak bude zařízení používáno, protože disky SSD založené na MLC mohou vydržet méně, pokud se očekává více přepisů na disk. Na druhou stranu řešení založená na SLC vydrží déle než očekávané tři roky, a to i v náročných cyklech PE.

Historie NAND flash

NAND flash paměť je energeticky nezávislá jednotka SSD, která přinesla významné změny do odvětví ukládání dat, které je nyní 26 let staré. Flash paměť vynalezl Dr. Fujio Masuoka, když pracoval ve společnosti Toshiba kolem roku 1980. Podle společnosti Toshiba název „blesk“ navrhl kolega Dr. Masuoka, pan Sho-ji Ariizumi, protože proces mazání obsahu paměti mu připomínal blesk fotoaparátu.

Toshiba uvedla na trh NAND flash paměti v roce 1987; od té doby se hodně změnilo. Trh s NAND flash pamětmi rychle rostl s prodejem osmkrát vyšším než prodejem DRAM (Dynamic random access memory). Paměť NAND se stala vysoce odolným úložným zařízením a volbou mnoha uživatelů. Taková paměť se dnes používá v různých paměťových kartách a USB discích, cloudová úložiště najdeme u mnoha uživatelů, jak v průmyslu a podnikání, tak v domácích zařízeních. Zařízení Apple iPhone, iPod a iPad, stejně jako telefony a tablety Android, také hojně využívají NAND flash paměti. Od té doby si tato inovace prorazila cestu do nové éry, ve které mají spotřebitelé vždy přístup ke svým souborům: videím, hudbě, knihám a dokumentům, ať jste kdekoli.

Vysoce kvalitní NAND je naprogramován pro čtení informací v malých blocích nebo stránkách, zatímco NOR flash paměť čte a zapisuje data po 1 bajtu. NOR flash paměť je preferována pro zařízení, která ukládají a spouštějí kódy, obvykle v malých množstvích.

Zavedení solid-state NAND flash paměti a úložných zařízení vedle konvenčních magnetických pevných disků poskytlo podnikům nové možnosti pro provoz jejich serverů a ukládání klíčových podnikových aplikací. Protože taková paměť nemá žádné pohyblivé části, NAND flash dokáže zpracovávat a přesouvat data z jednoho místa na druhé mnohem rychleji díky vynikající rychlosti čtení a zápisu. Aplikace ve finančních službách, maloobchodě a cloudových webových službách často provozují servery vybavené NAND flash pamětí.

Flash paměť ukládá informace do pole sestávajícího z paměťových buněk a tranzistorů s plovoucím hradlem. V zařízeních s jednou vrstvou (SLC) každá buňka ukládá pouze jeden bit informace. Některé novější typy pamětí flash, známé jako zařízení s víceúrovňovými buňkami (MLC), mohou uložit více než jeden bit na buňku výběrem mezi více úrovněmi elektrického náboje, který se aplikuje na tranzistor s plovoucím hradlem a jeho články.

Klíčová fakta o NAND Flash

Vývoj typů flash pamětí je působivý. StorageNewsletter.com, respektovaný a zavedený zdroj denních elektronických zpráv pro průmysl, sleduje vývoj NAND flash pamětí již nějakou dobu a má celý archiv dat o existenci této technologie.

Flash čipy: Zvýšené objemy a nižší ceny flash pamětí a SSD přímo souvisí s výrobním procesem NAND flash paměťových čipů. SanDisk a Toshiba nyní nabízejí 128 GB MLC linku a čip s buňkou o 3 bitech. Mezi hlavní světové výrobce flash pamětí patří společnosti jako: Intel, Samsung, Seagate, Nvidia, LSI, Micron a Western Digital.

Flash klíče (neboli flash disky): První USB flash disky byly vyvinuty na konci 90. let společností M-Systems, kterou později získal SanDisk. V roce 2001 začala IBM vyrábět ve Spojených státech 8 MB verzi paměti, nazvanou „paměť klíče“. Nyní objem takové paměti dosahuje 128 GB a ceny byly výrazně sníženy.

Stejná společnost M-Systems se v roce 1995 stala prvním výrobcem SSD. Od roku 1999 SN.com zaznamenal 590 různých modelů, které uvedlo na trh 97 společností. Mezi ostatními společnost BiTMICRO Networks v roce 1999 vydala model E-Disk SNX35 s velikostí 3,5 palce a kapacitou od 128 MB do 10 GB, přístupovou dobou 500 ms a rychlostí čtení a zápisu 4 MB/s pomocí rozhraní SCSI-2. . Následující rok M-Systems vyrobil 3 GB FFD SCSI, 2,5palcový SSD s maximální rychlostí čtení 4 MB/s a rychlostí zápisu 3 MB/s.

Dnes můžete získat 16 TB paměti (PCIe SSD od OCZ) s rychlostí čtení až 4 GB/s a zápisu až 3,8 GB/s. OCZ také v roce 2012 oznámil nejrychlejší možný čas pro zápis a čtení informací: 0,04 ms pro čtení a 0,02 ms pro operace zápisu.

Často se můžeme ocitnout v situaci, kdy dochází k mazání nebo poškození dat kvůli různým chybám, a to jak v systému, tak lidské chyby. Můžete zjistit, jak obnovit data z paměťové karty.

Kritéria pro výběr zařízení s NAND flash

Takže pokud jde o výběr zařízení (například SSD) s technologií NAND flash, musíte zvážit několik kritérií výběru:

Ujistěte se, že zařízení SSD, operační systém a souborový systém podporují TRIM, zejména pokud karta používá řadič pevného disku, což komplikuje proces shromažďování „odpadků“, nepotřebných dat:

— zjistěte, zda váš operační systém podporuje trim z jakéhokoli zdroje informací; — existují aplikace, které vám pomohou přidat technologii úpravy pro váš operační systém, pokud není podporována. Nejprve však zjistěte, zda to nepoškodí celkový výkon zařízení. SSD s pamětí NAND je vynikající volbou, když potřebujete vysoký výkon, nedostatek šumu, odolnost vůči vnějším vlivům nebo nízkou spotřebu energie: - nesekvenční čtení poskytne možnost zvýšit výkon oproti HDD; — informovat se o maximální možné výkonnosti zařízení tak, aby nebyly překročeny limity; Pro lepší výkon operací a jejich nepřetržitý provoz je lepší zvolit SLC než MLC: - SSD na bázi NAND je skvělé pro zrychlení serverů, ale pamatujte, že to bude vyžadovat také volné místo pro „odpadky“ a/nebo nebo oříznout. — Systém RAID s SSD poskytne vysoký výkon a stabilitu, ale používejte řadiče RAID speciálně navržené pro SSD, jinak se nahromadí tolik „odpadu“, že si s tím neporadí ani ořezávací nebo sběrný systém. SSD zařízení s větší výdrží samozřejmě vydrží déle: - Vyberte si například 100 GB zařízení místo 128 GB, 200 GB místo 256 GB a podobně. Pak budete jistě vědět, že 28 nebo 56 a tak dále gigabajtů paměti je možná vyhrazený prostor pro výpočet opotřebení, reorganizaci souborů a vadné paměťové buňky. Pro použití v průmyslu, výrobě nebo kancelářích je lepší zvolit zařízení obchodní třídy, například zařízení PCI Express (PCIe) SSD:

PCIe karty se speciálně vyladěným SSD řadičem mohou poskytnout velmi vysoký I/O výkon a dobrou výdrž.

Existují dva hlavní typy paměti Flash: NOR a NAND. Každý z nich má své výhody a nevýhody, které určují oblasti použití jednotlivých technologií. Jejich hlavní charakteristiky jsou uvedeny v tabulce.

ANI Flash paměti

Paměť NOR, pojmenovaná podle speciálního označení dat (Not OR - logické Not-OR), je vysokorychlostní flash paměť. Paměť NOR poskytuje vysokorychlostní, náhodný přístup k informacím a má schopnost zapisovat a číst data na určitém místě, aniž by bylo nutné přistupovat k paměti postupně. Na rozdíl od paměti NAND může paměť NOR přistupovat k datům o velikosti až jednoho bajtu. Technologie NOR těží ze situací, kdy jsou data náhodně zapisována nebo čtena. Proto je NOR nejčastěji zabudován do mobilních telefonů (pro uložení operačního systému) a tabletů a používá se i v počítačích pro uložení BIOSu.

Paměť NAND Flash

Paměť NAND byla vynalezena po NOR a je také pojmenována podle speciálního označení dat (Not AND). Paměť NAND zapisuje a čte data vysokou rychlostí v režimu sekvenčního čtení, přičemž data organizuje do malých bloků (stránek). Paměť NAND může číst a zapisovat informace stránku po stránce, ale nemůže přistupovat ke konkrétnímu bytu, jako je NOR. Proto se NAND běžně používá v pevných discích (SSD), audio a video přehrávačích, set-top boxech, digitálních fotoaparátech, mobilních telefonech (pro ukládání uživatelských informací) a dalších zařízeních, do kterých se data typicky zapisují postupně.

Například většina digitálních fotoaparátů používá technologii NAND, protože snímky jsou zachycovány a zaznamenávány postupně. Technologie NAND je také efektivnější při čtení, protože dokáže velmi rychle přenést celé stránky dat. Jako sériová paměť je NAND ideální pro ukládání dat. Cena za

MLC nebo TLC - co je lepší vybrat pro váš počítač? Všichni uživatelé, kteří někdy používali disk SSD (paměť SSD), o něm hovoří pozitivně. Díky němu se vaše oblíbené aplikace načítají rychleji a zlepšují celkovou efektivitu systému. Kromě toho jsou tyto disky mnohem odolnější a odolnější než tradiční pevné disky. Proč jsou ale některé typy pamětí dražší než jiné? Chcete-li odpovědět na tuto otázku, musíte pochopit vnitřní strukturu pohonů tohoto typu.

Desku SSD lze rozdělit do 3 hlavních bloků:

1. 3D NAND paměť (nezaměňovat s NOR Flash). Tato část slouží k ukládání dat v energeticky nezávislých jednotkách, které nevyžadují stálé napájení ze sítě.
2. DDR. Malé množství volatilní paměti, která vyžaduje napájení pro ukládání dat. Používá se pro účely ukládání informací do mezipaměti pro budoucí přístup. Tato možnost není k dispozici na všech jednotkách.
3. Ovladač. Funguje jako prostředník, spojuje 3D NAND paměť a počítač. Ovladač také obsahuje vestavěný software, který pomáhá spravovat SSD.

Paměť NAND se na rozdíl od NOR skládá z mnoha buněk obsahujících bity, které se zapínají nebo vypínají elektrickým nábojem. Uspořádání těchto deaktivovaných buněk představuje data uložená na SSD. Počet bitů v těchto buňkách je také určen typem paměti. Například v jednoúrovňové buňce (SLC) obsahuje buňka 1 bit. Disky NOR se běžně používají v síťových zařízeních.

Důvod, proč má flash disk SLC malé množství paměti, je jeho malá fyzická velikost ve srovnání s jinými součástmi desky s plošnými spoji (PCB). Nezapomeňte, že PCB obsahuje řadič, DDR paměť a 3D NAND paměť, které musí být nějakým způsobem umístěny uvnitř systémové jednotky osobního počítače. Paměť MLC NAND zdvojnásobuje počet bitů na buňku a paměť TLC jej ztrojnásobuje. To má pozitivní vliv na kapacitu paměti. Disky NOR poskytují přístup k náhodným informacím, a proto se nepoužívají jako pevný disk.

Existují určité důvody, proč výrobci nadále vyrábějí flash paměti s 1 bitem na buňku. SLC disky jsou považovány za nejrychlejší a nejspolehlivější, ale jsou poměrně drahé a mají omezenou kapacitu úložiště. Proto je takové zařízení nejvhodnější pro počítače, které jsou vystaveny velkému zatížení.

Co je SLC

V konfrontaci SLC vs MLC nebo TLC 3D vždy vítězí první typ paměti, ale také stojí mnohem více. Má také více paměti, ale je pomalejší a náchylnější k pádům. MLC a TLC jsou typy paměti, které se doporučují pro běžné každodenní používání počítače. NOR se běžně používá v mobilních telefonech a tabletech. Pochopení vlastních potřeb pomůže uživateli vybrat ten nejvhodnější ze všech SSD disků.

Jednoúrovňová buňka získala svůj název podle jediného bitu, který se zapíná nebo vypíná v závislosti na dodávané elektrické energii. Výhodou SLC je, že je nejpřesnější při čtení a zápisu dat a jeho nepřetržitý pracovní cyklus může být delší. Počet platných přepsání je 90000-100000.

Tento typ pamětí se na trhu dobře uchytil díky vysoké životnosti, přesnosti a celkovému výkonu. Takový disk je zřídka instalován v domácích počítačích kvůli jeho vysoké ceně a malé kapacitě paměti. Je vhodnější pro průmyslové použití a velkou zátěž spojenou s nepřetržitým čtením a zápisem informací.

Výhody SLC:

• dlouhá životnost a více nabíjecích cyklů ve srovnání s jakýmkoli jiným typem flash paměti;
• méně chyb při čtení a zápisu;
• může pracovat v širším teplotním rozsahu.

Nevýhody SLC:

• vysoká cena ve srovnání s jinými SSD;
• relativně malé množství paměti.

Typ paměti eMLC

eMLC je flash paměť optimalizovaná pro podnikový sektor. Může se pochlubit vylepšeným výkonem a odolností. Počet přepsání se pohybuje od 20 000 do 30 000 eMLC lze považovat za levnější alternativu k SLC, která si půjčuje některé výhody od svého konkurenta.

Výhody eMLC:

• mnohem levnější než SLC;
• vyšší výkon a výdrž oproti běžné MLC NAND.

Nevýhody eMLC:

• ztrácí na SLC z hlediska výkonu;
• není vhodný pro domácí použití.

MLC Flash paměť pro SSD

Paměť Multi Level Cell získala svůj název podle své schopnosti uložit 2 bity dat do jedné buňky. Velkou výhodou je nižší cena oproti SLC. Nižší náklady se zpravidla stávají klíčem k popularitě produktu. Problém je v tom, že počet možných přepsání na buňku je výrazně menší ve srovnání s SLC.

Výhody MLC NAND:

relativně nízká cena, určená pro masového spotřebitele;
větší spolehlivost ve srovnání s TLC.

Nevýhody MLC NAND:

• méně spolehlivé a odolné než SLC nebo eMLC;
• není vhodný pro komerční použití.

TLC paměť

Triple Level Cell je nejlevnější typ flash paměti. Jeho největší nevýhodou je, že je vhodný pouze pro domácí použití a je kontraindikován pro použití v obchodní nebo průmyslové činnosti. Životní cyklus buňky je 3000-5000 přepsání.

Výhody TLC 3D:

• nejlevnější SSD dostupný na trhu;
• schopen uspokojit potřeby většiny uživatelů.

Nevýhody TLC 3D:

• nejkratší délka života ve srovnání s jinými typy;
• není vhodný pro komerční použití.

Odolnost SSD

Stejně jako všechny dobré věci na tomto světě, ani SSD nevydrží věčně. Jak je uvedeno výše, životní cyklus SSD přímo závisí na tom, jaký druh 3D NAND paměti používá. Mnoho uživatelů se obává, jak dlouho vydrží levnější typy disků. Ve srovnání s MLC a TLC je paměť SLC odolnější, ale stojí více. Nezávislé týmy nadšenců testovaly dostupné SSD pro spotřebitele, z nichž většina byla MLC, přičemž pouze 1 používal 3D NAND TLC. Výsledky byly slibné. Před selháním většina těchto zařízení zvládla projít 700 TB informací a 2 z nich dokonce 1 PB. Jedná se skutečně o obrovské množství dat.

Obavy, že SSD v krátké době selže, můžete směle zapomenout. Pokud používáte MLC nebo TLC 3D V-NAND pro každodenní použití, jako je ukládání hudby, fotografií, softwaru, osobních dokumentů a videoher, můžete si být jisti, že paměť vydrží několik let. Doma není možné zatížit počítač tolik, jako je tomu u podnikových serverů. Ti, kteří se zajímají o životnost své paměti, mohou těžit z funkcí jako Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.), které pomáhají monitorovat stav SSD.

Výběr správného SSD

Ve skutečnosti je rozdíl mezi komerčními a spotřebitelskými disky tak obrovský, že je těžké ho pochopit. Designérské týmy začaly vyrábět drahé SSD, aby splnily vyšší požadavky high-tech, vědeckých a vojenských aplikací, které vyžadují neustálé zpracování informací.

Servery ve velkých podnicích jsou dobrým příkladem použití drahých flash disků, protože fungují 24 hodin denně, 5-7 dní v týdnu. Proto potřebují dlouhotrvající, rychlé čtení/zápis a zvýšenou spolehlivost. Spotřební disky jsou oříznuté verze komerčních. Postrádají určité funkce, ale nabízejí více paměti. Ve světě navíc panuje příjemný trend ke zvyšování výkonu budgetových NAND a snižování jejich nákladů.

Jaký typ pohonu byste si měli vybrat? SLC nebo MLC a TLC? Můžeme tak usoudit, že SLC nebo eMLC paměť prostě není potřeba pro běžné každodenní použití, takže nemá smysl za ni utrácet obrovské peníze. Pokud zvolíte typ paměti NAND od TLC nebo MLC, pak bude vše záviset na vašich finančních možnostech.

TLC NAND je cenově nejvýhodnější paměť, která uspokojí potřeby většiny spotřebitelů. Paměť MLC lze považovat za pokročilejší verzi paměti NAND pro lidi, kteří jsou ochotni investovat spoustu peněz do svého osobního počítače. Je vhodný i pro ty, kteří plánují svá data uchovávat po mnoho let. Pokud se na monitoru zobrazí zpráva „NAND Flash nebyla detekována“, pak paměť s největší pravděpodobností vyčerpala své zdroje a selhala.