цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Все, что вам нужно знать о флэш-памяти NAND


Все, что вам нужно знать о флэш-памяти NAND

Автор: Mike(admin) от 17-05-2022, 23:55

Что такое флэш-память NAND


Флэш-память NAND – это технология энергонезависимого хранения данных, которая не требует питания для хранения данных. Повседневным примером может служить мобильный телефон с флэш-памятью NAND (или микросхемой памяти, как ее иногда называют), где файлы данных, такие как фотографии, видео и музыка, хранятся на карте microSD. Чипы флэш-памяти NAND имеют размер примерно с ноготь и могут хранить огромные объемы данных. Примеры флэш-памяти NAND приведены ниже на SD-карте слева и на USB-карте справа.


Все, что вам нужно знать о флэш-памяти NAND

Для чего используется флэш-память NAND


Флэш-память NAND окружает нас повсюду – в наших смартфонах, в современных телевизорах, в компьютерах и планшетах в наших домах и офисах. Она также встречается на улице, во всех видах оборудования, от светофоров до цифровых рекламных щитов, систем оповещения пассажиров и дисплеев. Все, что имеет искусственный интеллект (ИИ) и нуждается в сохранении данных, скорее всего, будет содержать флэш-память NAND.


Флэш-память NAND доступна в различных классах – промышленные и потребительские. Существуют значительные различия между NAND промышленного и потребительского класса, поэтому важно учитывать влияние этих различий на надежность, выносливость, соответствие требованиям и общую стоимость владения, прежде чем выбирать флэш-память NAND, подходящую для вашего приложения.


Процесс производства флэш-памяти NAND


Способ изготовления флэш-памяти NAND может существенно повлиять на ее рабочие характеристики. Флэш-память NAND проходит более 800 различных производственных процессов, и на изготовление одной пластины (размером с большую пиццу, обычно диаметром 300 мм, изображение ниже) уходит около 30 дней. Фабрики NAND огромны, работают 24/7, 365 дней в году для максимальной эффективности, и они в 100 раз чище, чем операционные больницы. Фабрики могут выпускать различные типы флэш-памяти NAND (SLC, MLC, 3D – подробнее об этом далее) и разных размеров. Некоторые из крупнейших фабрик могут производить более 100000 пластин в месяц.


Все, что вам нужно знать о флэш-памяти NAND

После того, как пластина разделена или нарезана на отдельные микросхемы, они анализируются и оцениваются по рейтингу 1, 2, 3 или 4, где 1 означает наивысшее качество. Затем чипы отправляются поставщику, например Kingston Technology, который использует NAND в своих продуктах. Чипы самого высокого качества будут иметь лучшие характеристики и, следовательно, премиальную цену.


Типы флэш-памяти NAND


Проще говоря, данные, хранящиеся во флэш-памяти NAND, представлены электрическими зарядами, хранящимися в каждой ячейке NAND. Разница между одноуровневой ячейкой (SLC) и многоуровневой ячейкой (MLC) NAND заключается в том, сколько бит каждая ячейка NAND может хранить одновременно. SLC NAND хранит только 1 бит данных на ячейку. Как следует из их названий, 2-битная память MLC NAND хранит 2 бита данных на ячейку, а 3-битная MLC NAND хранит 3 бита данных на ячейку. 3-битная MLC называется трехуровневой ячейкой (TLC) и четырехуровневой ячейкой (QLC). Чем меньше битов на ячейку, тем меньше емкость, но данные записываются и извлекаются быстрее, а микросхема NAND имеет более высокий уровень надежности, поэтому прослужит намного дольше. Таким образом, SLC является самым быстрым типом и имеет самую высокую надежность, но меньшую емкость (обычно до 64 ГБ). TLC намного медленнее, с низкой выносливостью, но имеет гораздо более высокий порог пропускной способности. На приведенном ниже графике показаны биты на ячейку и их ключевые характеристики.


Новинка – 3D NAND


На рынке флэш-памяти NAND недавно появился новый игрок – 3D NAND. Хотя концепция 3D NAND не нова (она существует уже почти десятилетие), она широко вышла на рынок только в последние пару лет. Возможно, это самая крупная разработка NAND с момента ее создания в 1980-х годах, но заставить 3D NAND стабильно работать было проблемой. Тем не менее, эти проблемы теперь преодолены, и 3D NAND, несомненно, будет предпочтительной флэш-памятью NAND на долгие годы. С точки зрения непрофессионала, 3D NAND – это укладка микросхем памяти друг на друга. Некоторые производители называют это V (от вертикального) NAND. Цель этой NAND – заставить приложения и устройства работать быстрее и эффективнее, хранить больше информации и потреблять меньше энергии. Первой компанией, запустившей 3D NAND, была Samsung, широко известная и, безусловно, крупнейший в мире производитель флэш-памяти NAND, на долю которой приходится более 40% мирового рынка NAND.


Добиться стабильной работы 3D NAND в широком диапазоне рабочих температур (от -40°C до 85°C) было непростой задачей для некоторых производителей, поставляющих продукцию на промышленные рынки. Стандартная рабочая температура от 0°C до 70°C достаточна для потребительского класса, рабочего места, сервера и центров обработки данных, но для приложений, работающих в суровых условиях или удаленных местах, этого температурного диапазона недостаточно. У поставщиков промышленных хранилищ теперь было время проанализировать и протестировать 3D NAND до такой степени, что она стабильно работает в широком диапазоне рабочих температур, и теперь она доступна для промышленных приложений.


Различия между различными типами NAND Flash-памяти


У каждого типа NAND Flash есть свои плюсы и минусы. Тип SLC хранит меньше данных, но очень быстр и обладает максимальной надежностью. Однако он самый дорогой. Другие типы NAND могут хранить больше данных и дешевле, но имеют гораздо более низкий уровень надежности и часто медленнее. Таким образом, при принятии решения о том, какая флэш-память NAND подходит для приложения, важно тщательно учитывать эти характеристики и их влияние на производительность приложения. Вероятно, ключевым отличием между типами NAND являются циклы выносливости или программного стирания (P/E). Из-за того, как работает флэш-память NAND, требуется, чтобы ячейка была стерта, прежде чем в нее можно будет записать. Процесс стирания, а затем записи ячейки называется циклом P/E. Каждый раз, когда ячейка стирается, она повреждается или изнашивается, поэтому у каждой ячейки есть время жизни. Это усугубляется составом NAND Flash. Ячейка может быть стерта только как блок и записана как страница. Размер каждого блока и страницы определяется конструкцией чипа NAND Flash, но блок состоит из многих страниц. Если информация в ячейке изменяется, она записывается в другую ячейку, а старые данные помечаются как «готовые к удалению». Затем «хорошие» данные в блоке перемещаются в другое место, и весь блок стирается.


Таким образом, часто, даже если данные в ячейке не изменяются, они все равно проходят цикл P/E. Ячейки изнашиваются максимально равномерно с использованием технологии выравнивания износа. Весь этот процесс увеличивает количество циклов P/E и гарантирует, что флэш-память NAND не будет заполнена избыточными данными. Срок службы устройства определяется как выносливость и пропорционален циклам P/E флэш-памяти NAND. Помните о хранении битов данных в каждой ячейке? При сравнении различных типов NAND типичные количества циклов P/E следующие:


  • SLC – 60000
  • MLC – от 1 500 до 3 000 (более низкая износостойкость для потребительских/более высокая для промышленных приложений)
  • 3D TLC – от 500 до 3000 (более низкая износостойкость для потребительских/более высокая для промышленных приложений)

Все, что вам нужно знать о флэш-памяти NAND

Как видно, существует значительная разница в долговечности NAND, и выбор неправильного типа повлияет на производительность приложений. 3D XPoint – это новый тип памяти, совместно разработанный Intel и Micron. Intel и Micron заявили, что 3D XPoint будет в 1000 раз быстрее и в 1000 раз более долговечней, чем флэш-память NAND, а также будет иметь в 10 раз большую плотность хранения по сравнению с обычной памятью. Ранние продукты, безусловно, быстрее и надежнее, чем NAND, и более плотные, чем обычная память, но они еще не в полной мере соответствуют этим требованиям. 3D XPoint можно найти в линейке продуктов Intel Optane, которые постепенно проникают на рынок настольных компьютеров и ноутбуков.


Преодоление разрыва с помощью режима SLC


Режим SLC представляет собой гибрид MLC с 2 битами на ячейку, использующий интеллектуальную прошивку для эмуляции состояний хранения SLC. Это приводит к увеличению срока службы MLC (20–30 000 циклов P/E) всего за небольшую часть стоимости по сравнению с SLC. Для промышленных применений, где стоимость и надежность имеют одинаковое значение, данный режим предлагает оптимальную золотую середину. На рынке режим SLC часто называют pSLC, а у некоторых производителей есть собственные торговые марки, например iSLC и aMLC, но по сути это одно и то же.


Различия между NAND потребительского и промышленного класса


NAND промышленного класса обычно представляет собой типы SLC, режим SLC и MLC, а до недавнего времени – 3D TLC. Промышленный класс имеет широкие возможности настройки и работает в широком диапазоне рабочих температур от -40 ° C до 85 ° C и используется в аэрокосмической, оборонной, транспортной, медицинской, морской, энергетической и информационно-развлекательной отраслях, и это лишь некоторые из них.


Потребительский класс не может быть изменен по индивидуальному заказу и работает при температуре от 0°C до 70°C. обычно он встречается в телефонах, ноутбуках, планшетах, ПК и телевизорах.




© digitrode.ru


Теги: память




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий