Nand чип

NOR и NAND память в SSD

Nand чип
НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Звездный бульвар, дом 19к1 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

ул. Ленинская Слобода, дом 26 стр. 2 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

МО, Мытищинский район, Сгонниковский с/о, 1-й км Алтуфьевского ш, вл. 2 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Балашиха

шоссе Энтузиастов, дом 54а Балашиха, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Воронеж

ул. Средне-Московская д.32Б Воронеж, Россия

+7 (473) 206-65-50 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Долгопрудный

ул. Первомайская, дом 17 Долгопрудный, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Каширское шоссе, дом 96 корпус 1 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Королёв

проспект Космонавтов, дом 34Б Королёв, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Красногорск

ул. Дачная, 11а Красногорск, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Рублёвское ш., д. 52А Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Люберцы

улица Инициативная, дом 7Б Люберцы, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Люблинская ул, д. 169к2 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Мытищи

ул. Селезнева, 33 Мытищи, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Одинцово

Московская область, Одинцовский район, городское поселение Лесной городок, поселок ВНИИССОК, улица Кленовая, владение 1 Одинцово, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Омск

ул.5-я Линия, д. 157-А Омск, Россия

+7 (3812) 90-50-60 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Реутов

ул. Южная, дом 10А Реутов, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Ивантеевская улица, дом 25А Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Саратов

улица Чапаева, 59, ТД Центральный (1-й этаж) Саратов, Россия

+7 (8452) 30-93-49 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Тверь

улица Вагжанова, дом 21 Тверь, Россия

+7 (4822) 78-17-14 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Новоясеневский проспект вл 2а стр 1 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Химки

Ленинградская улица, вл16Б Химки, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru НИКС – Компьютерный Супермаркет г. Москва

Россошанский проезд, дом 3 Москва, Россия

+7 (495) 974-3333 order@nix.ru

X

Магазины Доставка по РФ

Город

Область

Ваш город – ?

От выбранного города зависят цены, наличие товара и
способы доставки

короткая ссылка на новость: следующая новость | предыдущая новость
Существует два основных типа Flash-памяти: NOR и NAND. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые и определяют области использования каждой технологии. Их основные характеристики представлены в таблице.
Высокоскоростной доступДаДа
Режим постраничного доступаНетДа
Режим случайного доступаДаНет
Типичное использованиеПамять для сетевых устройствХранение информации

Память NOR, названная так в честь особой разметки данных (Not OR – логическое Не-ИЛИ), является высокоскоростной памятью Flash. Память NOR предоставляет возможность высокоскоростного, случайного доступа к информации, и обладает способностью записывать и считывать данные в определенном месте без необходимости обращаться к памяти последовательно. В отличие от NAND памяти, память NOR позволяет обращаться к данным размером до одного байта. Технология NOR выигрывает в ситуациях, когда данные случайным образом записываются или читаются. Поэтому NOR чаще всего встраивают в сотовые телефоны (для хранения операционной системы) и планшеты, а также используется в компьютерах для хранения BIOS.

NAND память была изобретена после NOR, и также названа в честь особой разметки данных (Not AND – логическое Не-И). NAND память записывает и считывает данные с высокой скоростью, в режиме последовательного чтения, упорядочивая данные в небольшие блоки (страницы).

Память NAND может считывать и записывать информацию постранично, однако не может обращаться к конкретному байту, как NOR.

Поэтому NAND обычно используют в твердотельных накопителях (SSD), аудио и видео проигрывателях, телевизионных приставках, цифровых камеры, мобильных телефонах (для хранения пользовательской информации) и других устройствах, в которых данные, как правило, записываются последовательно.

Например, большинство цифровых камер используют память на основе технологии NAND, так как изображения снимаются и записываются последовательно. Технология NAND является более эффективной еще и при чтении, так как она способна передавать целые страницы данных очень быстро.

Как последовательная память, NAND идеальна для хранения данных. Цена на SSD с использованием NAND меньше, чем с NOR, а микросхемы NAND обладают большей плотностью информации на матрицу. Память, которая хранит один бит на ячейку, называется Single-Level Cell (SLC) Flash.

Источник: НИКС – Компьютерный Супермаркетподписаться   |   обсудить в ВК   |   

Источник: https://www.nix.ru/computer_hardware_news/hardware_news_viewer.html?id=177980

Флеш-память 3D NAND: что это такое и чем она так хороша?

Nand чип

SSD-накопители WD Black SN750 отличаются высокой емкостью и быстродействием: флагманская модель серии способна вместить до 2 ТБ информации, при этом демонстрируя рекордную в своем классе скорость передачи данных вплоть до 3470 МБ/с при чтении файлов. Столь впечатляющих показателей во многом удалось достичь благодаря переходу на флеш-память 3D NAND. Чем же трехмерные чипы отличаются от обычных и какие преимущества обеспечивают? Давайте разбираться.

Как повысить емкость флеш-памяти?

Вы уже имеете представление о том, как работает флеш-память, и знаете, что главной ее проблемой является ограниченный рабочий ресурс. Последний определяется состоянием диэлектрических слоев, изолирующих плавающий затвор транзистора, который исполняет роль элементарной ячейки хранения данных.

Теперь давайте рассуждать. Перед нами стоит задача повысить емкость твердотельного накопителя. Каким образом этого можно добиться? На ум сразу приходят два пути:

  1. увеличить емкость ячеек, сделав так, чтобы каждая из них вмещала не один бит информации, а больше;
  2. увеличить количество ячеек в каждом чипе за счет физического уменьшения размеров транзисторов.

До создания памяти 3D NAND разработчики микросхем двигались именно в этих направлениях, и оба из них в конечном счете оказались тупиковыми, так как такие подходы пагубно сказывались на надежности чипов.

Если SLC-память, в каждой ячейке которой хранится 1 бит информации, способна выдержать 100 тысяч циклов перезаписи, то MLC (2‑битовая) — лишь 3 тысячи, а TLC (3-битовая) — не более 1500.

Другим побочным эффектом при переходе от SLC к MLC, а затем и к TLC оказалось падение производительности. Все дело в том, что если в SLC учитывается сам факт наличия заряда на плавающем затворе, то кодирование битов в MLC и TLC основано на изменении его уровня.

Усложнение процедуры записи и чтения закономерно привело к увеличению времени доступа к каждой ячейке и, как следствие, к снижению скорости передачи данных.

Принцип кодирования информации в SLC-, MLC- и TLC-памяти

Уменьшение физического размера ячеек также негативно отразилось на надежности флеш-памяти. Пределом оказался 15-нанометровый техпроцесс.

Дальнейшая миниатюризация транзисторов мало того, что делала их крайне ненадежными (слои диэлектриков становились тоньше, и, как следствие, возникала проблема перетекания заряда из одной ячейки в другую), так еще и приводила к существенному удорожанию производства чипов, поскольку технология требовала применения дорогостоящего оборудования для фотолитографии в глубоком ультрафиолете.

Особенности и преимущества флеш-памяти 3D NAND

Выйти из этого тупика производителям твердотельных накопителей удалось путем кардинального пересмотра архитектуры микросхем. На смену плавающим затворам пришли «ловушки зарядов» (Charge Trap Flash) из нитрида кремния (SiN), отличающиеся большей стабильностью.

Устройство ловушки зарядов в 3D NAND

Сами ячейки памяти 3D NAND стали цилиндрическими: их внешний слой представляет собой управляющий затвор, а внутренний — изолятор.

Будучи расположенными друг над другом, они формируют стек, внутри которого проходит канал из поликристаллического кремния.

Поскольку чипы имеют многослойную структуру, количество слоев в микросхеме определяет число ячеек в стеке.

Схематичное изображение ячейки флеш-памяти 3D NAND

Обновленная технология производства чипов позволила существенно повысить плотность хранения данных без применения экстремальной фотолитографии, что помогло не только удержать цены на флеш-память на адекватном уровне, но и существенно увеличить ее надежность. Даже при производстве флагмана WD Black SN750 использовалась 3D NAND, выполненная по отлаженному 28-нанометровому техпроцессу (емкости в 2 ТБ удалось добиться за счет увеличения количества слоев до 64), при этом ресурс твердотельного накопителя достигает 1200 ТБ перезаписи.

Также переход на новую архитектуру помог нивелировать интерференцию между ячейками и за счет этого оптимизировать алгоритмы чтения и записи. В случае с 3D NAND SSD при сохранении и считывании данных совершается только одна операция вместо трех, как было ранее, так как отпадает необходимость в дополнительной проверке ячеек.

Именно поэтому WD Black SN750 с высокоскоростным интерфейсом NVMe может похвастаться впечатляющей скоростью 3470 МБ/с в операциях последовательного чтения.

В то же время для программирования и стирания данных требуется гораздо меньшее напряжение, что также благоприятно сказывается на рабочем ресурсе и надежности твердотельных накопителей.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/diskw/fleshpamiat-3d-nand-chto-eto-takoe-i-chem-ona-tak-horosha-5e05f50f06cc4600ace6c843

NAND и eMMC: все, что вам нужно знать о флэш-памяти

Nand чип

Флэш-память есть везде. Он существует в вашей карте памяти USB

, SD-карта вашей камеры

Ваш твердотельный жесткий диск

, больничное медицинское оборудование, промышленные робототехнические машины и множество других устройств и гаджетов.

Но вы когда-нибудь задумывались, что это на самом деле? Существуют ли разные типы флеш-памяти? Для чего они используются? Как все это работает?

В этой статье я расскажу о некоторых наиболее распространенных типах флэш-памяти. Вы станете экспертом в кратчайшие сроки!

Флэш-память объяснил

Существует несколько различных типов флэш-памяти, но NAND, пожалуй, является наиболее распространенным. Это тот, который вы найдете на USB-картах, MP3-плеерах и других устройствах, которые требуют хранения данных большой емкости.

Вся флеш-память имеет две ключевые характеристики:

  • Нелетучий — Энергонезависимая память не нуждается в источнике питания для сохранения своих данных. Как таковой, он чаще всего используется для длительного хранения, которое сохраняется между перезагрузками. Примером его противоположности (AKA volatile memory) является оперативная память вашего компьютера., ОЗУ теряет всю сохраненную информацию, когда вы выключаете компьютер.
  • Конечное количество циклов записи — Из-за того, как это работает, флэш-память может использоваться ограниченное количество раз, прежде чем она начинает изнашиваться, Отдельные ячейки будут медленно выходить из строя, а производительность будет ухудшаться.

Как это работает?

Флэш-память хранит данные в массиве ячейки и каждая ячейка содержит по крайней мере один бит данных. Клетки организованы в блоки, где блок определяется как непрерывный набор байтов, которые образуют идентифицируемую единицу данных.

Блок — это наименьшая программируемая / стираемая часть массива. Блоки записаны электрическим зарядом, причем каждая ячейка представляет собой 1 или номер 0.

Когда все блоки рассматриваются вместе, они образуют чип памяти. Чип установлен на печатной плате, которая также включает в себя базовый контроллер и интерфейс USB.

Сама NAND является необработанной флэш-памятью и использует собственный протокол. Проекты, которые реализуют NAND, такие как SD-карты и твердотельные накопители, часто добавляют микроконтроллеры сверху для реализации Flash Translation Layer (FTL). FTL переводит использование вашего диска (например, через USB) в значимые операции NAND.

Различные типы NAND

Флеш-память NAND — это всеобъемлющая фраза. Есть много разных конструкций и подклассов. Три наиболее распространенных из них — это те, о которых вам действительно нужно беспокоиться.

SLC (одноуровневая ячейка)

SLC считается лучшей версией NAND. Он хранит один бит данных на ячейку памяти и, следовательно, обладает наилучшей выносливостью, способной обрабатывать около 100 000 циклов записи на ячейку до ухудшения.

Имеет самые быстрые скорости записи и низкое энергопотребление, но может быть до трех раз более дорогой чем базовый дизайн трехуровневой ячейки и часто имеет меньшая емкость. Лучше всего использовать его в условиях высокой производительности и средней плотности.

Обычно он используется в ситуациях, когда требуется скорость, например, на серверах, высокопроизводительных медиа-картах, гибридных дисках и высокопроизводительных твердотельных накопителях. Его также можно найти в профессиональных SD-картах высокого класса, таких как серии FX Panasonic.

MLC (многоуровневая ячейка)

MLC NAND хранит два бита на ячейку и поэтому может хранить вдвое больше данных в устройстве такого же размера, что значительно снижает стоимость за бит. Он отлично подходит для приложений с высокой плотностью и низким циклом.

Тем не менее, есть компромисс: MLC может поддерживать только около 10000 циклов записи на ячейку до ухудшения, таким образом негативно влияет на его долговечность.

MLC можно считать NAND потребительского уровня. Он отвечает за почти 80 процентов всех поставок флэш-памяти NAND в мире и чаще всего используется в твердотельных накопителях потребительского класса.

TLC (трехуровневая ячейка)

TLC NAND является самой дешевой из трех форм, которая стоит примерно на 30 процентов дешевле, чем память MLC (и даже дешевле, чем память SLC).

Это самая высокая плотность — способна сохранять три бита данных на ячейку — но также имеет худшая долговечность. Фактически, типичная микросхема TLC может поддерживать только около 4000 циклов записи на ячейку, что намного хуже, чем как MLC, так и SLC.

ТСХ чаще всего используется в экономически эффективные продукты это не требует высочайшей производительности NAND и не будет длиться почти столько же, сколько его аналоги. Примерами могут служить MP3-плееры, карты памяти USB и недорогие портативные мультимедийные устройства.

Он не будет найден ни на одном из устройств, работающих под управлением операционной системы или хранящих важные данные (например, твердотельные накопители).

А как насчет emmc?

eMMC расшифровывается как «Embedded Multimedia Card», которая выросла из своей предшественницы MMC (Multimedia Card).

Мультимедийные карты впервые появились на полках еще в 1997 году. Они использовались в качестве носителя для хранения портативных устройств, включая самые ранние MP3-плееры и цифровые камеры. Порты для карт в то время часто были встроены в компьютеры, но с ростом популярности SD-карт все меньше производителей беспокоились о MMC.

Сегодня вам будет трудно найти ПК с гнездом MMC.

Однако наследие сохранилось в виде карт eMMC. Память eMMC по-прежнему широко используется в мобильном секторе в качестве наиболее распространенной формы интегрированного хранилища в мобильных устройствах, и ее даже можно найти в некоторых недорогих ПК

, планшеты и Chromebook.

Он расположен на небольшой решетчатой ​​решетке (BGA)

это припаяно к устройству и несъемно. Это медленнее и, следовательно, дешевле, чем другие формы NAND, поэтому, если вы можете себе это позволить, предпочтительнее нацеливаться на устройства NAND.

NAND и eMMC в двух словах

Надеюсь, я объяснил NAND и eMMC понятным образом, но если вы все еще в замешательстве, не беспокойтесь. Это, несомненно, запутанная тема.

https://www.youtube.com/watch?v=Bz7qUUc3eD4

Путаница усугубляется скоростью, с которой движется технология. Например, последняя версия eMMC теперь может похвастаться скоростью записи, конкурирующей с дискретными твердотельными накопителями на основе SATA, около 400 МБ / с. Но по большей части вам нужно только знать различия между SLC, MLC и TLC.

Если вы не уверены в какой-либо терминологии или в том, какой тип NAND вам подходит, свяжитесь с нами ниже. Я сделаю все возможное, чтобы помочь вам.

Источник: http://helpexe.ru/tehnologija-objasnila/nand-i-emmc-vse-chto-vam-nuzhno-znat-o-fljesh-2

Технологии флэш-памяти

Nand чип

Современному человеку нравится быть мобильным и иметь при себе различные высокотехнологичные гаджеты (англ. gadget — устройство), облегчающие жизнь, да что там скрывать, делающие ее более насыщенной и интересной.

И появились-то они всего за 10-15 лет! Миниатюрные, легкие, удобные, цифровые… Всего этого гаджеты достигли благодаря новым микропроцессорным технологиям, но все же больший вклад был сделан одной замечательной технологией хранения данных, о которой сегодня мы и будем говорить. Итак, флэш-память.

Бытует мнение, что название FLASH применительно к типу памяти переводится как «вспышка». На самом деле это не совсем так. Одна из версий его появления говорит о том, что впервые в 1989-90 году компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем.

Вообще, изобретателем считается Intel, представившая в 1988 году флэш-память с архитектурой NOR. Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND, которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш. Собственно, сейчас можно сказать, что это два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства.

В этой статье мы попытаемся понять их устройство, принцип работы, а также рассмотрим различные варианты практического использования.

NOR

Поскольку память с такой организацией считается первой представительницей семейства Flash, с нее и начнем. Схема логического элемента, собственно давшего ей название (NOR — Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»), приведена на рисунке.

С помощью нее осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Они необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейке памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке ниже.

Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет из себя транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью последнего является способность удерживать электроны, то есть заряд. Также в ячейке имеются так называемые «сток» и «исток».

При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, создается канал — поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет.

Определенный диапазон количества электронов (заряда) на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше его, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.

В технологиях различных производителей этот принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтению данных из ячейки. Хочу также обратить ваше внимание на то, что в структуре флэш-памяти для хранения 1 бита информации задействуется только один элемент (транзистор), в то время как в энергозависимых типах памяти для этого требуется несколько транзисторов и конденсатор.

Это позволяет существенно уменьшить размеры выпускаемых микросхем, упростить технологический процесс, а, следовательно, и снизить себестоимость. Но и один бит далеко не предел: Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации.

Кроме того, существуют пробные образцы, с 4-х и даже 9-битными ячейками! В такой памяти используются технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру, а отличие заключается в том, что заряд их делится на несколько уровней, каждому из которых в соответствие ставится определенная комбинация бит.

Теоретически прочитать/записать можно и более 4-х бит, однако, на практике возникают проблемы с устранением шумов и с постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении. Вообще, у существующих сегодня микросхем памяти для ячеек характерно время хранения информации, измеряемое годами и число циклов чтения/записи — от 100 тысяч до нескольких миллионов.

Из недостатков, в частности, у флэш-памяти с архитектурой NOR стоит отметить плохую масштабируемость: нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Эта ситуация связана со способом организации матрицы ячеек: в NOR архитектуре к каждому транзистору надо подвести индивидуальный контакт. Гораздо лучше в этом плане обстоят дела у флэш-памяти с архитектурой NAND.

NAND

NAND — Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И». Отличается такая память от предыдущей разве что логической схемой.

Устройство и принцип работы ячеек у нее такой же, как и у NOR. Хотя, кроме логики, все-таки есть еще одно важное отличие — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от вышеописанного случая, здесь имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы.

Это сравнимо с пассивной матрицей в дисплеях 🙂 (а NOR — с активной TFT). В случае с памятью такая организация несколько лучше — площадь микросхемы можно значительно уменьшить за счет размеров ячеек.

Недостатки (куда уж без них) заключаются в более низкой по сравнению с NOR скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа.

Существуют еще и такие архитектуры как: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) и пр. Принципиально нового ничего они не представляют, а лишь комбинируют лучшие свойства NAND и NOR.

И все же, как бы там ни было, NOR и NAND на сегодняшний день выпускаются на равных и практически не конкурируют между собой, потому как в силу своих качеств находят применение в разных областях хранения данных. Об этом и пойдет далее речь…

Где нужна память…

Сфера применения какого-либо типа флэш-памяти зависит в первую очередь от его скоростных показателей и надежности хранения информации. Адресное пространство NOR-памяти позволяет работать с отдельными байтами или словами (2 байта). В NAND ячейки группируются в небольшие блоки (по аналогии с кластером жесткого диска).

Из этого следует, что при последовательном чтении и записи преимущество по скорости будет у NAND. Однако с другой стороны NAND значительно проигрывает в операциях с произвольным доступом и не позволяет напрямую работать с байтами информации.

К примеру, для изменения одного байта требуется:

  1. считать в буфер блок информации, в котором он находится
  2. в буфере изменить нужный байт
  3. записать блок с измененным байтом обратно

Если еще ко времени выполнения перечисленных операций прибавить задержки на выборку блока и на доступ, то получим отнюдь неконкурентоспособные с NOR показатели (отмечу, что именно для случая побайтовой записи).

Другое дело последовательная запись/чтение — здесь NAND наоборот показывает значительно более высокие скоростные характеристики.

Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND-флэш нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэшдрайвы и карты памяти.

Что касается NOR-флэша, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобилок и т. п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе).

Удачный пример такого использования — проект Gumstix: одноплатный компьютер размером с пластинку жвачки. Именно NOR-чипы обеспечивают требуемый для таких случаев уровень надежности хранения информации и более гибкие возможности по работе с ней. Объем NOR-флэш обычно измеряется единицами мегабайт и редко переваливает за десятки.

И будет флэш…

Безусловно, флэш — перспективная технология. Однако, несмотря на высокие темпы роста объемов производства, устройства хранения данных, основанные на ней, еще достаточно дороги, чтобы конкурировать с жесткими дисками для настольных систем или ноутбуков.

В основном, сейчас сфера господства флэш-памяти ограничивается мобильными устройствами. Как вы понимаете, этот сегмент информационных технологий не так уж и мал. Кроме того, со слов производителей, на нем экспансия флэш не остановится.

Итак, какие же основные тенденции развития имеют место в этой области.

Во-первых, как уже упоминалось выше, большое внимание уделяется интегрированным решениям. Причем проекты вроде Gumstix лишь промежуточные этапы на пути к реализации всех функций в одной микросхеме.

Пока что, так называемые on-chip (single-chip) системы представляют собой комбинации в одном чипе флэш-памяти с контроллером, процессором, SDRAM или же со специальным ПО.

Так, например, Intel StrataFlash в сочетании с ПО Persistent Storage Manager (PSM) дает возможность использовать объем памяти одновременно как для хранения данных, так и для выполнения программного кода. PSM по сути дела является файловой системой, поддерживающейся ОС Windows CE 2.1 и выше.

Все это направлено на снижение количества компонентов и уменьшение габаритов мобильных устройств с увеличением их функциональности и производительности. Не менее интересна и актуальна разработка компании Renesas — флэш-память типа superAND с встроенными функциями управления.

До этого момента они реализовывались отдельно в контроллере, а теперь интегрированы прямо в чип. Это функции контроля бэд-секторов, коррекции ошибок (ECC — error check and correct), равномерности износа ячеек (wear leveling).

Поскольку в тех или иных вариациях они присутствуют в большинстве других брендовых прошивок внешних контроллеров, давайте вкратце их рассмотрим. Начнем с бэд-секторов. Да, во флэш-памяти они тоже встречаются: уже с конвейера сходят чипы, имеющие в среднем до 2% нерабочих ячеек — это обычная технологическая норма.

Но со временем их количество может увеличиваться (окружающую среду в этом винить особо не стоит — электромагнитное, физическое (тряска и т. п.) влияние флэш-чипу не страшно). Поэтому, как и в жестких дисках, во флэш-памяти предусмотрен резервный объем. Если появляется плохой сектор, функция контроля подменяет его адрес в таблице размещения файлов адресом сектора из резервной области.

Собственно, выявлением бэдов занимается алгоритм ECC — он сравнивает записываемую информацию с реально записанной. Также в связи с ограниченным ресурсом ячеек (порядка нескольких миллионов циклов чтения/записи для каждой) важно наличие функции учета равномерности износа.

Приведу такой редкий, но встречающийся случай: брелок с 32 Мбайт, из которых 30 Мбайт заняты, а на свободное место постоянно что-то записывается и удаляется. Получается, что одни ячейки простаивают, а другие интенсивно исчерпывают свой ресурс.

Чтобы такого не было, в фирменных устройствах свободное пространство условно разбивается на участки, для каждого из которых осуществляется контроль и учет количества операций записи.

Еще более сложные конфигурации класса «все-в-одном» сейчас широко представлены такими компаниями как, например, Intel, Samsung, Hitachi и др. Их изделия представляют собой многофункциональные устройства, реализованные в одной лишь микросхеме (стандартно в ней имеется процессор, флэш-память и SDRAM).

Ориентированы они на применение в мобильных устройствах, где важна высокая производительность при минимальных размерах и низком энергопотреблении. К таким относятся: PDA, смартфоны, телефоны для сетей 3G.

Приведу пример подобных разработок — чип от Samsung, объединяющий в себе ARM-процессор (203 МГц), 256 Мбайт NAND памяти и 256 SDRAM. Он совместим с распространенными ОС: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux и имеет поддержку USB.

Таким образом на его основе возможно создание многофункциональных мобильных устройств с низким энергопотреблением, способных работать с видео, звуком, голосом и прочими ресурсоемкими приложениями.

Другим направлением совершенствования флэш является уменьшение энергопотребления и размеров с одновременным увеличением объема и быстродействия памяти.

В большей степени это касается микросхем с NOR архитектурой, поскольку с развитием мобильных компьютеров, поддерживающих работу в беспроводных сетях, именно NOR-флэш, благодаря небольшим размерам и малому энергопотреблению, станет универсальным решением для хранения и выполнения программного кода.

В скором времени в серийное производство будут запущены 512 Мбит чипы NOR той же Renesas. Напряжение питания их составит 3,3 В (напомню, хранить информацию они могут и без подачи тока), а скорость в операциях записи — 4 Мбайт/сек.

В то же время Intel уже представляет свою разработку StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) — универсальную систему флэш-памяти для беспроводных технологий. Объем ее памяти может достигать 1 Гбит, а рабочее напряжение равно 1.8 В. Технология изготовления чипов — 0,13 нм, в планах переход на 0,09 нм техпроцесс.

Среди инноваций данной компании также стоит отметить организацию пакетного режима работы с NOR-памятью. Он позволяет считывать информацию не по одному байту, а блоками — по 16 байт: с использованием 66 МГц шины данных скорость обмена информацией с процессором достигает 92 Мбит/с!

Что ж, как видите, технология развивается стремительно. Вполне возможно, что к моменту выхода статьи появится еще что-нибудь новенькое. Так что, если что — не взыщите 🙂 Надеюсь, материал был вам интересен.

Источник: https://www.ixbt.com/storage/flash-tech.shtml

Принцип работы NAND-памяти

Nand чип

Современные мобильные гаджеты, повышение быстродействия компьютерных систем и производство недорогих, но быстрых накопителей для хранения большого объема информации напрямую связано с микросхемами памяти.

В быстродействующих устройствах хранения данных используются микросхемы флеш-памяти. Анонсировали их в 1988-89 году, когда компании Intel и Toshiba представили память с архитектурой NOR (Intel) и NAND (Toshiba). Именно вторая разновидность стала наиболее популярной, так как имела больше возможностей для миниатюризации. Почему, сейчас разберемся.

Основой всей технологии флеш-памяти, в том числе и NAND, является полевой транзистор с плавающим затвором. В общем случае его структура выглядит так:

Перед нами обычный полевой транзистор, у которого, помимо управляющего, появился еще один затвор. Так вот в этом затворе, называющемся «плавающий», как раз и кроется вся особенность технологии.

Дело в том, что этот затвор и полупроводник, представляющий собой канал транзистора между стоком и истоком, разделяет тонкий слой диэлектрика. Электроны воздействии положительного напряжения к затвору, смогут не только направиться по своему обычному пути внутри полупроводника, но и «перескочить» с помощью инжекции или туннелирования через слой диэлектрика в плавающий затвор.

Разумеется, так смогут сделать не все электроны, а только их часть — те, которые получили большую энергию. При этом они не пробивают слой диэлектрика в физическом смысле, а в соответствии со своими квантово-волновыми свойствами «перепрыгивают» сразу в плавающий затвор. Вернуться обратно «перепрыгнувшие» электроны не могут, так как у них для этого не хватает энергии.

То есть, мы можем подать напряжение и тем самым «затащить» электроны в плавающий затвор.

Они там останутся,  когда мы включим транзистор в следующий раз ­— заряд, сосредоточенный на плавающем затворе окажет влияние на расположенный под ними канал между стоком и истоком: пропустит или не пропустит ток через транзистор независимо от напряжения на управляющем затворе. В самом простом случае мы получаем два состояния — ток есть или тока нет. Ноль и единицу. Что нам и требовалось.

Причем это состояние может сохраняться достаточно долго. Конечно, это время не бесконечно. Постепенно заряд на «плавающем» затворе потеряется. Но этого времени вполне достаточно для хранения информации в реальных условиях применения, так как речь идет о годах.

Разумеется, записанную информацию, то есть, заряд на плавающем затворе, можно стереть.

Для этого достаточно подать на управляющий затвор напряжение обратной полярности, чтобы электроны смогли покинуть плавающий затвор и вернулись в проводящий канал транзистора.

До этого времени заряд и логическое состояние транзистора сохраняется из-за того, что энергии электронов недостаточно для преодоления потенциального и физического барьера в виде тонкого слоя диэлектрика.

В процессе развития и миниатюризации технология изготовления полевых транзисторов с плавающим затвором менялась и совершенствовалась.

Если первые элементы памяти создавали в планарном виде на поверхности кристалла, то сейчас используется технология 3D NAND или V-NAND (разные маркетинговые названия), в которой структура транзистора сформирована не на горизонтальной плоскости, а на вертикальной.

Это позволяет экономить площадь и увеличивать объем памяти, который размещается в одной микросхеме. Принцип работы транзистора при этом остается прежним.

Кроме того, сейчас используют не только металлические плавающие затворы. Появились технологии изготовления кристаллов микросхем, повышающие их надежность и позволяющие удерживать заряд в течение большего времени.

Например, компания Samsung использует для захвата зарядов и работы в качестве «плавающего затвора» изолированные области из непроводящего материала нитрида кремния SiN. Они называются 3D Charge Trap Flash — «ловушки заряда».

Их применение увеличивает срок хранения заряда, а, следовательно, и информации в ячейке, а также делает микросхемы экономичнее в плане энергопотребления.

Транзисторы с плавающим затвором соединяются в матрицы, хранящие слова данных по нужным адресам, разными способами. Основными являются NAND и NOR. Эти аббревиатуры представляют собой сокращения словосочетаний «Not AND» и «Not OR» — соответственно «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

Схематично способ построения матриц в двух случаях выглядит так:

Как видите из представленных схем, построение матрицы по схеме NOR удобно тем, что можно просто получить доступ к любой конкретной ячейке и записать информацию именно в нее. В случае с NAND несколько одиночных ячеек памяти соединены последовательно и для того, чтобы записать состояние «ноля» в одну из них, надо, чтобы все другие были открыты и пропускали ток.

Именно по этой причине стирание информации в микросхемы NAND-памяти производится поблочно, а для того, чтобы записать новые данные, обновляют информацию сразу для множества ячеек (осуществляют запись «постранично»).

Но зато такая схемотехника позволила значительно упростить топологию и сократить размеры ячеек памяти на кристалле. Поэтому в современной микроэлектронике именно NAND-память является основной.

И когда вы покупаете новый SSD-диск, то в нем стоят именно микросхемы с NAND-памятью.

Небольшими размерами преимущества ячеек NAND-памяти не ограничивается.  Еще один интересный и полезный момент заключается в том, что в них можно записать не один, а несколько (до четырех) битов информации.

Теоретически можно и больше, но пока реально можно говорить только о четырех, так как дальше начинаются серьезные технические сложности.

Тем не менее, на мероприятии Flash Memory Summit 2019 представители компании Toshiba уже представили идею записи по пять бит данных в каждую ячейку. Но пока до практического применения дело ещё не дошло.

Разберемся, как работает запись нескольких бит информации в одну ячейку.

Транзистор с плавающим затвором представляет собой элемент, который может находиться не только в двух состояниях — закрытом и открытом, но и в промежуточных.

Фактически это аналоговый элемент, способный пропускать по цепи сток-исток ток разной величины в зависимости от того, какой заряд имеется на затворах и какое поле им создается.

Это значит, что можно «загнать» в плавающий затвор (в 3D NAND — в «ловушку зарядов») столько электронов, сколько понадобится, чтобы пропускать определенный ток через транзистор при определенном значении порогового напряжения.

Таких пороговых напряжений может быть несколько, так как есть возможность накопить заряд больше или меньше — столько, сколько потребуется, чтобы в ячейке записалась нужная информация.

Далее, подавая на транзистор напряжение и контролируя ток, можно судить о его состоянии, то есть о том, какие данные он хранит.

Отсюда и возникают ячейки памяти, в которых хранится не один бит информации, а больше, вплоть до четырех. Поэтому вся память делится на две категории: SLC (сокращение от Single Level Cell — одноуровневые ячейки) и MLC (Multi Level Cell — многоуровневые ячейки).

С SLC-ячейками все просто. Это классические элементы памяти, которые хранят один бит с двумя состояниями, одно из которых соответствует заряженному затвору, а второе — разряженному.

MLC-ячейки в свою очередь подразделяются на:

  • MLC-ячейки. Это элементы памяти, в которых может храниться два бита информации. Соответственно, для этого надо точно фиксировать четыре режима работы транзистора, чтобы понять, какая из четырех комбинаций данных хранится — 00, 01, 10, 11.
  • TLC-ячейки.

    TLC — сокращение от Triple Level Cell, трехуровневая ячейка. В них может храниться три бита данных, а, следовательно, потребуется точно фиксировать уже восемь режимов работы транзистора.

  • QLC-ячейки. QLC — сокращение от Quad Level Cell, четырехуровневая ячейка. В ней помещается уже четыре бита данных.

    Но при этом надо фиксировать уже 16 режимов работы транзистора.

Такое увеличение плотности записи с одной стороны повышает объемы накопителей. Но с другой снижается надежность, так как требуется высокая точность записи состояния и последующего чтения данных.

Увеличивается и время, которое тратится на чтение и запись данных, так как надо понять, в каком из 4, 8 или 16 режимов находится транзистор.

Чтобы еще больше увеличить плотность хранения данных в одной ячейке и перейти на хранение пяти бит информации, потребуется контролировать уже 32 режима работы транзистора. Учитывая, что питание микросхем составляет единицы вольт, речь идет о том, чтобы соблюдать точность измерения и установки пороговых напряжений в сотые доли вольта. И это только одна из сложностей, которые надо решить.

Кроме того, надо решать такие задачи, как коррекция ошибок, надежность и количество циклов записи/чтения.

Последняя проблема — одна из наиболее критичных, так как запись и чтение данных приводит к износу и уменьшению слоя диэлектрика между плавающим затвором и полупроводниковым каналом транзистора, а, следовательно, к выходу из строя ячейки.

Именно этот момент является определяющим для времени безотказной работы памяти. Но, вполне возможно, что инженеры скоро найдут решение, позволяющее сделать следующий шаг в увеличении плотности записи. Тогда появятся еще более объемные твердотельные накопители  по низкой цене.

Источник: https://club.dns-shop.ru/blog/t-101-ssd-nakopiteli/36168-printsip-rabotyi-nand-pamyati/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.