Nand tlc

Как не заблудиться в SLC, MLC и TLC при выборе SSD. Наткнулся на статью, при выбора внешнего ssd диска. Кому-то может быть полезна

Nand tlc

Производительность и срок службы SSD в первую очередь зависят от флэш-памяти NAND и контроллера с прошивкой. Они являются основными составляющими цены накопителя, и при покупке логично обращать внимание именно на эти компоненты. Сегодня мы поговорим о NAND.

Тонкости технологического процесса производства флэш-памяти вы при желании найдете на сайтах, специализирующихся на обзорах SSD. Моя же статья ориентирована на более широкий круг читателей и преследует две цели:

1. Приоткрыть завесу над невнятными спецификациями, опубликованными на сайтах производителей SSD и магазинов.

2. Снять вопросы, которые могут у вас возникнуть при изучении технических характеристик памяти разных накопителей и чтения обзоров, написанных для «железных» гиков.

Для начала я проиллюстрирую проблему картинками.

Что указывают в характеристиках SSD

Технические характеристики NAND, публикуемые на официальных сайтах производителей и в сетевых магазинах, далеко не всегда содержат подробную информацию. Более того, терминология сильно варьируется, и я подобрал для вас данные о пяти различных накопителях.

Вам что-нибудь говорит эта картинка?

Ок, допустим, Яндекс.Маркет — не самый надежный источник информации. Обратимся к сайтам производителей — так легче стало?

Может быть, так будет понятнее?

Или все-таки лучше так? 🙂

Между тем, во всех этих накопителях установлена одинаковая память! В это трудно поверить, особенно глядя на две последних картинки, не правда ли? Дочитав запись до конца, вы не только в этом убедитесь, но и будете читать подобные характеристики как открытую книгу.

Производители памяти NAND

Производителей флэш-памяти намного меньше, чем компаний, продающих SSD под своими брендами. В большинстве накопителей сейчас установлена память от:

Intel/Micron

Hynix

Samsung

Toshiba/SanDisk

Intel и Micron не случайно делят одно место в списке. Они производят NAND по одинаковым технологиям в рамках совместного предприятия IMFT.

На ведущем заводе в американском штате Юта одна и та же память выпускается под марками этих двух компаний почти в равных пропорциях. С конвейера завода в Сингапуре, который сейчас контролирует Micron, память может сходить также и под маркой ее дочерней компании SpecTek.

Все производители SSD покупают NAND у вышеперечисленных компаний, поэтому в разных накопителях может стоять фактически одинаковая память, даже если ее марка отличается.

Казалось бы, при таком раскладе с памятью все должно быть просто. Однако существует несколько типов NAND, которые в свою очередь подразделяются по разным параметрам, внося путаницу.

ТИПЫ ПАМЯТИ NAND: SLC, MLC И TLC

Это три разных типа NAND, главным технологическим отличием между которыми является количество битов, хранящихся в ячейке памяти.

SLC является самой старой из трех технологий, и вы вряд ли найдете современный SSD с такой NAND. На борту большинства накопителей сейчас MLC, а TLC – это новое слово на рынке памяти для твердотельных накопителей

Вообще, TLC давно используется в USB-флэшках, где выносливость памяти не имеет практического значения. Новые технологические процессы позволяют снизить стоимость гигабайта TLC NAND для SSD, обеспечивая приемлемое быстродействие и срок службы, в чем логично заинтересованы все производители.

Занятно, что пока широкая публика обеспокоена ограниченным количеством циклов перезаписи SSD, по мере развития технологий NAND этот параметр только снижается!

В первой записи серии мы подсчитывали ресурс накопителя с MLC NAND, и если просто поделить его на три, картина получится не самой радужной. Но это вовсе не значит, что от TLC надо бежать, как черт от ладана.

Во-первых, в моих прикидках за основу был взят заоблачный мультипликатор увеличения объема записи 10х, который на практике в разы ниже. Профильные сайты нередко оценивают его в 2-3х, и даже еще меньше для контроллеров SandForce, применяющих сжатие данных при записи.

Во-вторых, дело не только в количестве циклов перезаписи и мультипликаторе. В контроллер могут закладываться технологии, призванные снизить физическую нагрузку на ячейки памяти при чтении и записи путем адаптации к подаваемому напряжению.

Объемы производства TLC NAND для SSD пока невелики, поэтому неудивительно, что первая ласточка прилетела от компании, имеющей свое производство памяти.

Судя по обзорам и тестам, Samsung 840 неплохо проявил себя, особенно на фоне накопителей с MLC предыдущего поколения.

Кстати, этот накопитель характеризует большая резервная область, призванная продлить срок службы TLC. Королем же производительности в 2012 году стал Samsung 840 Pro с 21nm Toggle Mode MLC на борту.

ИНТЕРФЕЙСЫ MLC NAND: ONFI И TOGGLE MODE

Сейчас на рынке преобладают накопители с памятью MLC, но и эта память делится на два типа в соответствии с используемым интерфейсом.

ONFi (Open NAND Flash Interface) – это альянс производителей флэш-памяти, выпускающейся по единому стандарту. Обратите внимание на присутствие там Intel и Micron, равно как и на отсутствие Samsung с Toshiba. Последняя пара выпускает память с интерфейсом Toggle Mode.

Примечание. Пропускная способность указана для каждого канала NAND.

В начале 2013 года можно купить накопители с памятью ONFi 1.0 и 2.x, а также Toggle Mode 1.0.

ПАМЯТЬ MLC NAND: АСИНХРОННАЯ ONFI 1.0 ПРОТИВ СИНХРОННОЙ ONFI 2.Х

Несмотря на то, что память с пропускной способностью до 200MB/s выпускается уже какое-то время, Intel и Micron не спешат отказываться от выпуска более старой и медленной памяти. Дело в том, что она дешевле, и это позволяет производителям SSD позиционировать накопители в разные сегменты рынка.

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

Давайте возьмем для примера спецификации двух твердотельных накопителей Corsair в том виде, как они опубликованы на сайте.

Все числовые показатели у них практически идентичны, разве что первый на йоту побыстрее и потребляет побольше энергии. На сайте не указано, но у этих накопителей еще и одинаковый контроллер SandForce-2281 (на что также намекает емкость 120 Гб).

В обоих накопителях установлена память Intel-Micron 25nm MLC NAND. Но в таблице выделено главное отличие: у первого накопителя эта память синхронная, а второго – aсинхронная!

Несмотря на минимальное различие в паспортных характеристиках быстродействия, накопитель с синхронной памятью превосходит коллегу почти во всех аспектах бенчмарков (в таблице по ссылке не отображается название Force GT, но это он).

Как видите, производители не выставляют напоказ ключевые отличия между линейками накопителей, однако это можно понять по цене. SSD с асинхронной памятью продаются немного дешевле, поскольку ее стоимость ниже, чем у синхронной. Зачастую индикатором может служить маркетинговое позиционирование на сайте (более производительные накопители стоят выше в списке).

В серии Vertex 4 используется синхронная память Intel Micron 25nm MLC, а в Agility 4 — асинхронная.

ПАМЯТЬ MLC NAND: 2.Х

Буква “x” обобщает различные этапы второй версии спецификаций ONFi. В 2012 году большинство накопителей снабжалось памятью MLC, изготовленной в рамках технологического процесса 25nm по спецификациям ONFi 2.1.

Впрочем, в конце года на рынке появился накопитель Intel 335 с памятью Intel 20nm MLC NAND, что соответствовало уже спецификациям ONFi 2.3. Переход на новый технологический процесс не приносит дивидендов в быстродействии, поскольку пропускная способность интерфейса все так же ограничена 200MB/s.

В спецификации ONFi 2.3 заложена поддержка протокола EZ-NAND, призванного улучшить коррекцию ошибок (ECC), уровень которых растет по мере уменьшения размера ячеек памяти. Однако для этого в NAND должен быть встроен отдельный контроллер. В Intel 335 он отсутствует, поэтому данную модель можно считать «переходной».

Более того, меньший размер ячеек памяти 20nm породил сомнения в выносливости NAND, произведенной по этой технологии!

Intel оценивает ее идентично 25nm NAND — в 3 000 циклов перезаписи. Гарантийный срок составляет 3 года, как и у Intel 330 при тех же объемах записи в 20GB в день.

Так или иначе, поскольку Intel и Micron переходят на 20nm процесс, логично ожидать в 2013 году появления накопителей с такой памятью под различными брендами.

ПАМЯТЬ MLC NAND 2.Х: 3K ПРОТИВ 5K

Этого вопроса я уже касался ранее, поэтому

некоторые производители SSD ставят в разные линейки продуктов память с различными интерфейсами. Хорошим примером служит тот же Corsair, но теперь с серией Neutron (в таблице приведены характеристики быстродействия, заявленные производителем).

Как видите, при прочих равных память Toggle Mode на бумаге выглядит побыстрее ONFi 2.x в последовательной записи и случайном чтении. В принципе, бенчмарки это подтвердили, но все же посмотрите их самостоятельно (например, AnandTech 120Gb, 240Gb).

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ КОНКРЕТНЫЙ ТИП ПАМЯТИ В SSD!

Вне зависимости от того, приобрели вы твердотельный накопитель или только планируете покупку, после прочтения этой записи у вас может возникнуть вопрос, вынесенный в подзаголовок.

Ни одна программа тип памяти не показывает. Эту информацию можно найти в обзорах накопителей, но есть и более короткий путь, особенно когда нужно сравнить между собой несколько кандидатов на покупку.

На специализированных сайтах можно найти базы данных по SSD, и вот вам пример.

Я без проблем нашел там характеристики памяти своих накопителей, за исключением SanDisk P4 (mSATA), установленного в планшете.

В КАКИХ SSD УСТАНОВЛЕНА САМАЯ ЛУЧШАЯ ПАМЯТЬ!

Давайте сначала пройдемся по основным пунктам статьи:

• производителей NAND можно пересчитать по пальцам одной руки

• в современных твердотельных накопителях используется два типа NAND: MLC и TLC, только набирающая обороты

•MLC NAND различается интерфейсами:

• ONFi (Intel, Micron) и Toggle Mode (Samsung, Toshiba)

ONFi MLC NAND делится на асинхронную (дешевле и медленнее) и синхронную (дороже и быстрее)

• производители SSD используют память разных интерфейсов и типов, создавая разнообразный модельный ряд на любой кошелек

• официальные спецификации редко содержат конкретную информацию, но базы данных SSD позволяют точно определить тип NAND

Конечно, в таком зоопарке не может быть однозначного ответа на вопрос, вынесенный в подзаголовок. Вне зависимости от бренда накопителя, NAND соответствует заявленным спецификациям, иначе ОЕМ-производителям нет смысла ее покупать (они дают на SSD свою гарантию).

Однако… представьте, что лето вас порадовало небывалым урожаем земляники на даче!

Она вся сочная и сладкая, но вам просто не съесть столько, поэтому вы решили продать часть собранных ягод.

Самую лучшую землянику вы оставите себе или выставите на продажу? 🙂

Можно предположить, что производители NAND устанавливают самую лучшую память в свои накопители. Учитывая ограниченное количество компаний, выпускающих NAND, список производителей «коробочных» SSD получается еще короче:

• Crucial (подразделение Micron)

• Intel

• SanDisk (и отчасти Toshiba)

• Samsung

Опять же, это лишь предположение, не подкрепленное достоверными фактами. Но разве вы поступили бы иначе на месте этих компаний? Между тем, у Micron есть флэш-память с маркетинговым названием XPERT (eXtended Performance and Enhanced Reliability Technology), а у Intel — так называемая High Endurance Technology MLC, которую они не продают сторонним производителям SSD.

ДИСКУССИЯ

В следующей статье серии я планирую похожий обзор контроллеров твердотельных накопителей, хотя и более короткий. Однако мне очень важно понять, насколько вам нужны такие материалы.

question-96Моя специализация – клиентские ОС Microsoft, и я предполагаю, что читатели этого блога ожидают материалов именно на тему Windows и программ. Общие обзоры компонентов SSD не имеют к этому никакого отношения.

Источник: https://pikabu.ru/story/kak_ne_zabluditsya_v_slc_mlc_i_tlc_pri_vyibore_ssd_natknulsya_na_statyu_pri_vyibora_vneshnego_ssd_diska_komuto_mozhet_byit_polezna_6500904

С какой памятью лучше ssd — mlc или tlc

Nand tlc

MLC или TLC — что лучше выбрать для своего компьютера? Все пользователи, которые когда-либо использовали твердотельный накопитель (память SSD), отзываются о нем положительно.

Благодаря ему, любимые приложения загружаются быстрее, а общая эффективность системы повышается. Кроме того, эти накопители гораздо более износоустойчивые и прочные по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Но почему некоторые типы памяти дороже, чем другие? Для ответа на этот вопрос нужно понять внутреннее устройство накопителей такого типа.

Устройство SSD

Плату SSD можно условно разделить на 3 основных блока:

  1. 3D NAND-память (не путать с NOR Flash). Эта часть используется для хранения данных в энергонезависимых блоках, которые не требуют постоянного питания от электросети.
  2. DDR. Небольшое количество энергозависимой памяти, которой нужно питание для сохранения данных. Используется с целью кэширования информации для будущего доступа. Эта опция доступна не на всех накопителях.
  3. Контроллер. Выступает в качестве посредника, соединяя 3D NAND-память и компьютер. Контроллер также содержит встроенное программное обеспечение, которое помогает управлять SSD.

NAND-память, в отличие от NOR, построена из множества ячеек, содержащих биты, которые включаются или выключаются за счет электрического заряда.

Организация этих отключаемых ячеек представляет данные, хранящиеся на SSD. Количество битов в этих ячейках также определяется разновидностью памяти. Например, в Single Level Cell (SLC) ячейка содержит 1 бит.

Накопители NOR обычно используются в сетевых устройствах.

Причина, по которой флешка SLC располагает малым объемом памяти, заключается в ее небольшом физическом размере по сравнению с другими элементами Printed Circuit Board (PCB).

Не стоит забывать, что PCB включает контроллер, память DDR и 3D NAND-память, которые нужно как-то разместить внутри системного блока персонального компьютера. Память MLC NAND удваивает количество бит на ячейку, а TLC — утраивает. Это положительно сказывается на объеме памяти.

Накопители NOR предоставляют доступ к случайной информации, из-за чего их не используют, как жесткий диск.

Есть определенные причины, по которым производители продолжают выпускать флеш-память с 1 битом на ячейку. Накопители SLC считаются самыми быстрыми и надежными, но они относительно дорогие и обладают ограниченным объемом памяти. Вот почему такое устройство наиболее предпочтительно для компьютеров, которые подвергаются сильным нагрузкам.

Что такое SLC

В противостоянии SLC vs MLC или TLC 3D всегда побеждает первый тип памяти, но он и стоит значительно дороже. Он также располагает большим объемом памяти, но работает медленнее и больше склонен к поломкам.

MLC и TLC — это типы памяти, которые рекомендуется применять для обычного повседневного использования компьютера. NOR обычно используется в мобильных телефонах и планшетах.

Осознание своих собственных потребностей поможет пользователю выбрать наиболее подходящий из всех SSD-дисков.

Эта разновидность памяти хорошо прижилась на рынке, благодаря высокой продолжительности жизни, точности и общей производительности. Такой накопитель редко устанавливается в домашних компьютерах из-за большой стоимости и малого объема памяти. Он больше подходит для промышленного использования и больших нагрузок, связанных с непрерывным чтением и записью информации.

Достоинства SLC:

  • долгий срок службы и большее количество циклов зарядки по сравнению с любым другим типом флеш-памяти;
  • меньшее количество ошибок чтения и записи;
  • может работать в более широком диапазоне температур.

Недостатки SLC:

  • высокая цена по сравнению с другими SSD;
  • сравнительно небольшой объем памяти.

Тип памяти eMLC

eMLC — это флеш-память, оптимизированная для предпринимательского сектора. Она может похвастаться улучшенной производительностью и долговечностью. Количество перезаписей варьируется от 20000 до 30000. eMLC можно рассматривать как более дешевую альтернативу SLC, которая позаимствовала некоторые преимущества у своего конкурента.

Достоинства eMLC:

  • намного дешевле, чем SLC;
  • более высокая производительность и выносливость по сравнению с обычной MLC NAND.

Недостатки eMLC:

  • проигрывает SLC в плане производительности;
  • не подходит для домашнего использования.

Флеш-память MLC для твердотельного накопителя

Память Multi Level Cell получила свое название благодаря способности хранить 2 бита данных в одной ячейке. Большим преимуществом является более низкая цена по сравнению с SLC. Меньшая стоимость, как правило, становится залогом популярности продукта. Проблема в том, что количество возможных перезаписей одной ячейки значительно меньше по сравнению с SLC.

Достоинства MLC NAND:

сравнительно низкая цена, рассчитанная на массового потребителя;
большая надежность по сравнению с TLC.

Недостатки MLC NAND:

  • менее надежная и долговечная, чем SLC или eMLC;
  • не подходит для коммерческого использования.

TLC память

Triple Level Cell — это самая дешевая разновидность флеш-памяти. Ее самый большой недостаток заключается в том, что она подходит только для домашнего использования и противопоказана к применению в предпринимательской или промышленной деятельности. Жизненный цикл ячейки составляет 3000-5000 перезаписей.

Достоинства TLC 3D:

  • наиболее дешевая SSD из всех доступных на рынке;
  • способна удовлетворить потребности большинства пользователей.

Недостатки TLC 3D:

  • наименьшая продолжительность жизни по сравнению с другими типами;
  • не годится для коммерческого использования.

Долговечность SSD

Как и все хорошие вещи в этом мире, SSD не может существовать вечно. Как было отмечено выше, жизненный цикл твердотельного накопителя напрямую зависит от того, какую он использует 3D NAND-память. Многих пользователей волнует вопрос, как долго могут функционировать более дешевые виды накопителей. По сравнению с MLC и TLC, память SLC более долговечная, но стоит дороже.

Независимые команды энтузиастов провели испытания доступных SSD потребительского класса, большинство из которых составили MLC, а 3D NAND TLC использовался только 1. Результаты оказались многообещающими. Перед выходом из строя, большинство этих устройств успели пропустить через себя 700 Тбайт информации, а 2 из них — даже 1 Пбайт. Это поистине огромное количество данных.

Можно смело отметать любые опасения по поводу того, что SSD выйдет из строя в короткие сроки.

Если вы используете MLC или TLC 3D V-NAND для такого повседневного использования, как хранение музыки, фотографий, программного обеспечения, личных документов и видеоигр, то можете быть уверены, что памяти хватит на несколько лет.

В домашних условиях невозможно нагрузить компьютер так, как это делают с корпоративными серверами. Тем, кто беспокоится о продолжительности жизни своей памяти, могут пригодиться функции вроде Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.), которые помогают отслеживать состояние SSD.

Выбор подходящего SSD

На самом деле, разница между коммерческими и потребительскими накопителями настолько огромная, что ее сложно осознать. Команды разработчиков начали делать дорогие SSD для удовлетворения более высоких запросов, связанных с высокотехнологичной деятельностью, наукой и военными разработками, которые требуют постоянной обработки информации.

Серверы на больших предприятиях — это хороший пример использования дорогих флеш-накопителей, ведь они работают по 24 часа в сутки 5-7 дней в неделю. Вот почему они нуждаются в продолжительном жизненном цикле, быстром чтении/записи и повышенной надежности.

Потребительские накопители являются урезанными версиями коммерческих. Они лишены определенных функций, но предлагают больший объем памяти. Кроме того, в мире наблюдается приятная тенденция к увеличению производительности бюджетных НАНД и снижению их стоимости.

TLC NAND — это самая бюджетная память, которая способна удовлетворить нужды большинства потребителей.

MLC-память можно рассматривать, как более продвинутый вариант NAND-памяти для людей, готовых вкладывать в свой персональный компьютер большие средства. Он подойдет и для тех, кто планирует хранить свои данные в течение многих лет.

Если на мониторе появилась надпись «NAND Flash was not detected», значит память, скорее всего, исчерпала свой ресурс и вышла из строя.

Источник: https://HDDiq.ru/tverdotelnye-nakopiteli-ssd/mlc-ili-tlc-chto-luchshe

Что выбрать MLC, TLC или QLC? (а также о V-NAND, 3D NAND и SLC)

Nand tlc

Выбирать комплектующие для компьютеров всегда сложно. Если раньше, когда технологии только развивались, трудность заключалась в недостаточном количестве информации, то сейчас в ее обилии трудно уследить за всеми новинками. В этой статье мы поговорим о SSD накопителях и технологиях, которые в них используются.

Что такое твердотельный накопитель?

Накопители, использующие энергонезависимую память, относительно новое изобретение, которое появилось только во второй половине 90-х годов.

В отличие от жестких дисков, которые хранили информацию на магнитных пластинах, и считывали ее с помощью считывающей головки, на SSD информация хранится в массиве ячеек памяти, состоящем из транзисторов с плавающим затвором, здесь используется такая же технология, как и во flash накопителях.

Благодаря отсутствию движущихся частей, скорость работы SSD накопителей выше, а работают они тише, меньший вес, потребление энергии примерно на 80% ниже, отсутствие нужды в дефрагментации. Все это хорошо, но к огромному минусу можно отнести невозможность восстановления удаленной информации.

Флеш-память для SSD определяется плотностью записываемых данных и количеством уровней сигнала, поддерживаемых одной ячейкой. Она представляет ячейки памяти на основе полупроводников, организованные специальным образом. Все потребительские SSD, находящиеся в продаже имеют тип памяти NAND. По типу хранения они разделяются на четыре группы:

  • Первый тип флеш-памяти, который был применен в твердотельных накопителях, SLC (Single Level Cell – одноуровневая ячейка). Он поддерживает всего лишь один уровень сигнала, поэтому может записывать только 1 бит информации, который является 0 или 1, в зависимости от положения транзистора.
  • MLC (Multi Level Cell – многоуровневая ячейка) – улучшенная версия SLC. В этой версии может записываться несколько уровней сигнала, из-за чего количество информации, который можно записать в одну ячейку равняется 2 битам. Это увеличивает плотность записи и снижает цену на гигабайт емкости в 2 раза.
  • TLC (Triple Level Cell – трехуровневая ячейка) – улучшенная версия MLC. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, в одном элементе флеш-памяти может храниться 3 бита информации.
  • QLC (Quad Level Cell – четырехуровневая ячейка) – На 2019 год является самым новым видом памяти. Одна ячейка способна хранить 4 бита данных одновременно. Цена на эту флеш-память ниже чем у предыдущих.

Повышая емкость ячейки флеш-памяти, компании снижают стоимость SSD накопителей, но это также снижает ресурс диска, влияя на количество циклов перезаписи.

Чем больше емкость, тем меньше раз можно будет перезаписывать данные, и, в какой-то момент, циклы перезаписи закончатся, и можно будет только считывать хранящуюся информацию.

Кроме того, транзистор, который хранит данные, из-за перехода на многоуровневые типы флеш-памяти стал чувствительнее, а значит, он быстрее изнашивается. Какое количество перезаписей выдерживают разные типы ячеек?

  • для SLC количество перезаписей около 100 тысяч
  • для MLC – около 10 тысяч
  • для TLC – 3-5 тысяч
  • QLC переживают всего около 1 тысячи циклов

Еще одна проблема, связанная с повышением плотности – снижение скорости. Из-за того, что контроллеру нужно понимать разницу между комбинациями бит, нагрузка увеличивается. Как следствие, увеличивается время, затраченное на чтение и запись. То есть, чем больше состояний поддерживающихся флеш-памятью в SSD накопителе, тем медленней происходит запись.

Что выбрать MLC или TLC?

Мы не будем говорить о SLC дисках, так как они почти отсутствуют в потребительском сегменте, если же они там есть, то цены на них слишком высоки. Из всего вышесказанного, можно сказать, что MLC лучше для пользователей, чем TLC, так как

  • Работает с более высокой скоростью
  • Имеет более продолжительный срок службы
  • Использует меньшее количество энергии во время работы

Минус MLC – более высокая, по сравнению с TLC, цена.

Однако мы не можем сказать этого наверняка, так как можно купить более новый SSD с TLC памятью, который будет более емким, с более новым набором характеристик, которые окажутся лучше, чем у накопителя с MLC памятью.

Но можно точно сказать, что до 10000 рублей TLC покупать намного выгодней, чем MLC.

Кроме этого, нужно учитывать, что SSD накопители не предназначены для хранения большого количества информации, но они подходят для установки операционной системы и программ, которыми вы пользуетесь, так как увеличивают скорость загрузки.

V-NAND, 3D NAND, 3D TLC

При покупке или изучении SSD накопителей, вам могут встретиться эти обозначения, давайте разберемся, что они означают?

SLC, MLC, TLC и QLC это ячейки, расположенные в плоскости. Для увеличения памяти нужно большее количество кристаллов, но уменьшать их сложно, и неизвестно, оправдается ли уменьшение кристаллов с экономической точки зрения.

Поэтому разработчики решили делать твердотельные накопители, размещая ячейки не только в плоскости, но и слоями. Из-за этого чипы будут трехмерными, как следствие, появится возможность помещения большего количества информации на такую же единицу площади.

Такая флеш-память более долговечна, благодаря тому, что нет нужды в подаче высокого напряжения при записи данных в ячейку.

Первая компания, которая начала производство многослойной памяти – Samsung. В 2013 году они сообщили о первом выпуске трехмерных чипов MLC типа, под названием 3D V-NAND. В них содержалось 24 слоя. Через год число слоев увеличилось до 32, а тип памяти изменился на TLC. Технология, которую использовали Samsung сделала чипы памяти более экономичными, надежными и быстрыми.

Для создания многослойной памяти производители напыляют какое-то число слоев на кремниевую пластину, которые образовывают линии слов, и создают очень большое количество отверстий, для последующего формирования линий битов.

Какой максимум слоев может быть нанесен? Из расчетов высоты 32-слойной V-NAND (4мкм) к высоте пластины (625-775мкм), можно создать более 190 слоев памяти.

Это только теоретические расчеты, поэтому вряд ли такое значение будет достигнуто, но это показывает перспективы развития технологии 3D NAND.

Технологии продолжают развиваться. Год от года технология создания твердотельных накопителей улучшается. Их цена падает, а скорость и время работы растет. Хотя SSD все еще не заменили жесткие диски, можно сказать, что это технологии, которые будут развиваться и дальше еще долгое время.

Источник: https://lenovo-smart.ru/chto-vybrat-mlc-tlc-ili-qlc-a-takzhe-o-v-nand-3d-nand-i-slc.html

Принцип работы NAND-памяти

Nand tlc

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.