Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры , NAND / NOR и SLC / MLC / QLC , ресурс записи, надежность

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое твердотельный диск, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое твердотельный диск, ssd , nand, nor , slc, mlc , qlc , ресурс записи ssd, ssd надежность, коэффициент усиления записи, срок хранения данных на ssd , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Твердотельный накопитель (англ. Solid-State Drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространенный вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создается на базе DRAM-памяти, снабженной дополнительным источником питания — аккумулятором.

В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках, планшетах) так и в стационарных компьютерах для повышения производительности. На 2016 год наиболее производительными выступали SSD формата M.2 с интерфейсом NVMe, у которых при подходящем подключении скорость записи/чтения данных могла достигать 3800 мегабайт в секунду.

По сравнению с традиционными жесткими дисками (HDD) твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются беззвучными, а также многократно более устойчивы к повреждениям (например, к падению) и имеют гораздо бóльшую скорость произвольных операций. В то же время, они имеют в несколько раз большую стоимость в расчете на гигабайт и меньшую износостойкость (ресурс записи)

В силу ограниченности ресурса флеш-памяти, которая обуславливается постепенной деградацией ее полупроводниковой структуры, любой SSD рано или поздно теряет свою способность к хранению информации. Вопрос о том, когда это может произойти, для многих пользователей остается ключевым, поэтому многие покупатели при выборе накопителей руководствуются не столько их быстродействием, сколько показателями надежности
твердотельные накопители демонстрируют более чем достаточную надежность для того, чтобы им можно было доверять хранение пользовательских данных.

Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.

Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объему, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Серьезным недостатком данной технологии является ограниченный ресурс носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

  • Не следует путать с картами памяти.
  • Не следует путать с USB-флеш-накопителями.

История

Предшественниками технологии флеш-памяти можно считать ультрафиолетово-стираемые постоянные запоминающие устройства (EPROM) и электрически стираемые ПЗУ (EEPROM). Эти приборы также имели матрицу транзисторов с плавающим затвором, в которых инжекция электронов в плавающий затвор («запись») осуществлялась созданием большой напряженности электрического поля в тонком диэлектрике. Однако площадь разводки компонентов в матрице резко увеличивалась, если требовалось создать поле обратной напряженности для снятия электронов с плавающего затвора («стирания»). Поэтому и возникло два класса устройств: в одном случае жертвовали цепями стирания, получая память высокой плотности с однократной записью, а в другом случае делали полнофункциональное устройство с гораздо меньшей емкостью.

Соответственно, усилия инженеров были направлены на решение проблемы плотности компоновки цепей стирания. Они увенчались успехом — изобретением инженера компании Toshiba Фудзио Масуокой (яп. 舛岡富士雄) в 1984 году. Название «флеш» было придумано также в Toshiba — Седзи Ариидзуми, процесс стирания содержимого памяти которому напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку в 1984 году на конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско.

В 1988 году Intel выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа.

NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference.

Принцип работы

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
Транзистор с плавающим затвором

Основным компонентом в флеш-памяти является транзистор с плавающим затвором, который является разновидностью МОП-транзисторов. Его отличие в том, что у него есть дополнительный затвор (плавающий), расположенный между управляющим затвором и p-слоем. Плавающий затвор изолирован, и хранимый в нем отрицательный заряд будет оставаться надолго.

SLC и MLC , QLC ,

Различают устройства, в которых элементарная ячейка хранит один бит информации и несколько бит. В однобитовых ячейках различают только два уровня заряда на плавающем затворе. Такие ячейки называют одноуровневыми (single-level cell, SLC). В многобитовых ячейках различают больше уровней заряда; их называют многоуровневыми (multi-level cell, MLC ). MLC-устройства дешевле и более емки, чем SLC-устройства, однако имеют более высокое время доступа и примерно на порядок меньшее максимальное количество перезаписей .

Обычно под MLC понимают память с 4 уровнями заряда (2 бита) на каждую ячейку. Более дешевую в пересчете на объем память с 8 уровнями (3 бита) называют TLC (Triple Level Cell) или 3bit MLC (так называет ее Samsung) . Существуют также устройства с 16 уровнями на ячейку (4 бита), QLC (quad-level cell). В августе 2018 года Samsung Electronics объявил о начале массового производства SSD на памяти QLC V-NAND .

К 2016 году многоуровневая память доминирует на рынке. Тем не менее, SLC-изделия, несмотря на многократно меньшую емкость, продолжают разрабатываться и выпускаться для особо ответственных применений .

Аудиопамять

Естественным развитием идеи MLC-ячеек была мысль записать в ячейку аналоговый сигнал. Наибольшее применение такие аналоговые флеш-микросхемы получили в воспроизведении относительно коротких звуковых фрагментов в дешевых тиражируемых изделиях. Такие микросхемы могут применяться в простейших игрушках, звуковых открытках, автоответчиках и так далее .

NOR и NAND

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
Рис Компоновка шести ячеек NOR flash
Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
Рис Структура одного столбца NAND flash с 8 ячейками

Флеш-память различается методом соединения ячеек в массив.

Конструкция NOR использует классическую двумерную матрицу проводников, в которой на пересечении строк и столбцов установлено по одной ячейке. При этом проводник строк подключался к стоку транзистора, а столбцов — ко второму затвору. Исток подключался к общей для всех подложке.

Конструкция NAND — трехмерный массив. В основе та же самая матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в каждом пересечении устанавливается столбец из последовательно включенных ячеек. В такой конструкции получается много затворных цепей в одном пересечении. Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной ячейке в столбце подходит только один проводник затвора), однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи заметно усложняется. Также в каждой линии установлено два МОП-транзистора. Управляющий транзистор разрядной линии (англ. bit line select transistor), расположенный между столбцом ячеек и разрядной линией. И управляющий транзистор заземления, расположенный перед землей (англ. ground select transistor).

Технология NOR позволяет получить быстрый доступ индивидуально к каждой ячейке, однако площадь ячейки велика. Наоборот, NAND имеют малую площадь ячейки, но относительно длительный доступ сразу к большой группе ячеек. Соответственно, различается область применения: NOR используется как непосредственная память программ микропроцессоров и для хранения небольших вспомогательных данных.

Названия NOR и NAND произошли по ассоциации схемы включения ячеек в массив со схемотехникой микросхем КМОП-логики — NOR- и NAND-элементов.

NAND чаще всего применяется для USB-флеш-накопителей, карт памяти, SSD, NOR — во встраиваемых системах.

Существовали и другие варианты объединения ячеек в массив, но они не прижились.

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность

Рис Программирование флеш-памяти

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность

Рис Стирание флеш-памяти

Чтение

Для чтения подается положительное напряжение на управляющий затвор. Если в плавающем затворе отсутствует заряд, то транзистор начнет проводить ток. В противном случае ток между истоком и стоком не возникает. Для MLC ячеек необходимо произвести несколько измерений.

NOR

Для чтения определенной ячейки памяти необходимо подать на ее управляющий затвор промежуточное напряжение (достаточное для проводимости транзистора только при отсутствии заряда в плавающем затворе). На остальные ячейки в линии следует подать минимальное напряжение для исключения проводимости этих ячеек. Если в интересующей нас ячейке отсутствует заряд, то возникнет ток между разрядной линией (англ. bit line) и землей.

NAND

В данной компоновке также подается промежуточное напряжение на управляющий затвор определенной ячейки. На остальные управляющие затворы в линии подается повышенное напряжение, чтобы они гарантированно проводили ток. Таким образом, возникнет ток между землей и линией, если в интересующей нас ячейке отсутствует заряд.

Запись

Для записи заряды должны попасть в плавающий затвор, однако он изолирован слоем оксида. Для перенесения зарядов может использоваться эффект туннелирования. Для разряда необходимо подать большое положительное напряжение на управляющий затвор: отрицательный заряд с помощью туннельного эффекта покинет плавающий затвор. И наоборот, для заряда плавающего затвора необходимо подать большое отрицательное напряжение.

Также запись может быть реализована с помощью инжекции горячих носителей. При протекании тока между истоком и стоком повышенного напряжения электроны могут преодолевать слой оксида и оставаться в плавающем затворе. При этом необходимо, чтобы на управляющем затворе присутствовал положительный заряд, который создавал бы потенциал для инжекции.

В MLC для записи разных значений используются разные напряжения и время подачи.

Каждая запись наносит небольшой ущерб оксидному слою, поэтому число записей ограничено, что напрямую влияет на надежнось SSD диска.

Запись в NOR- и NAND-компоновке состоит из двух стадий: вначале все транзисторы в линии устанавливаются в 1 (отсутствие заряда), затем нужные ячейки устанавливаются в 0.

NOR

На первой стадии очистка ячеек происходит с помощью туннельного эффекта: на все управляющие затворы подается сильное напряжение. Для установки конкретной ячейки в 0 используется инжекция горячих носителей. На разрядную линию подается большое напряжение. Вторым важным условием этого эффекта является наличие положительных зарядов на управляющем затворе. Положительное напряжение подается лишь на некоторые транзисторы, на остальные транзисторы подается отрицательное напряжение. Таким образом ноль записывается только в интересующие нас ячейки.

NAND

Первая стадия в NAND аналогична NOR. Для установки нуля в ячейку используется туннельный эффект, в отличие от NOR. На интересующие нас управляющие затворы подается большое отрицательное напряжение.

3D NAND

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
3D NAND. Красные горизонтали — затворы. Красная вертикаль — каналы полевых транзисторов. Желтая полоска — плавающие затворы.

Схемотехника NAND оказалась удобна для построения вертикальной компоновки блока ячеек на кристалле. На кристалл послойно напыляют проводящие и изолирующие слои, которые образуют проводники затворов и сами затворы. Затем в этих слоях формируют множество отверстий на всю глубину слоев. На стенки отверстий наносят структуру полевых транзисторов — изоляторы и плавающие затворы. Таким образом формируют столбец кольцеобразных полевых транзисторов с плавающими затворами.

Такая вертикальная структура оказалась очень удачна и обеспечила качественный рывок плотности флеш-памяти. Некоторые компании продвигают технологию под своими торговыми марками, например V-NAND, BiCS. Количество слоев по мере развития технологии наращивается: так, на 2016 год количество слоев ряда изделий достигло 64, в 2018 году освоено производство 96-слойной памяти в 2019 году Samsung заявила о серийном освоении 136 слойных кристаллов

Многокристальные микросхемы

Для экономии места в одну микросхему флеш-памяти может упаковываться несколько полупроводниковых пластин (кристаллов), до 16 штук

Технологические ограничения

Запись и чтение ячеек различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют большой ток при записи для формирования высоких напряжений, тогда как при чтении затраты энергии относительно малы.

Иерархическая структура

Стирание, запись и чтение флеш-памяти всегда происходит относительно крупными блоками разного размера, при этом размер блока стирания всегда больше, чем блок записи, а размер блока записи не меньше, чем размер блока чтения. Собственно это — характерный отличительный признак флеш-памяти по отношению к классической памяти EEPROM.

Как следствие — все микросхемы флеш-памяти имеют ярко выраженную иерархическую структуру. Память разбивается на блоки, блоки состоят из секторов, секторы — из страниц. В зависимости от назначения конкретной микросхемы глубина иерархии и размер элементов может меняться.

Например, NAND-микросхема может иметь размер стираемого блока в сотни кбайт, размер страницы записи и чтения — 4 кбайт. Для NOR-микросхем размер стираемого блока варьируется от единиц до сотен кбайт, размер сектора записи — до сотен байт, страницы чтения — единицы—десятки байт.

Скорость чтения и записи

Скорость стирания варьируется от единиц до сотен миллисекунд в зависимости от размера стираемого блока. Скорость записи — десятки-сотни микросекунд.

Обычно скорость чтения для NOR-микросхем нормируется в десятки наносекунд. Для NAND-микросхем скорость чтения составляет десятки микросекунд.

Технологическое масштабирование

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
Масштабирование техпроцесса изготовления флеш-памяти NAND в 2004—2013 годах. Показаны максимальные возможные объемы данных для кристаллов, использующих однобитные (SLC) или двухбитные (MLC) ячейки. Также указана приблизительная площадь ячейки.

Из-за своей высокорегулярной структуры и высокого спроса на большие объемы техпроцесс при изготовлении флеш-памяти NAND уменьшается более быстро, чем для менее регулярной DRAM-памяти и почти нерегулярной логики (ASIC). Высокая конкуренция между несколькими ведущими производителями лишь ускоряет этот процесс[24]. В варианте закона Мура для логических микросхем удвоение количества транзисторов на единицу площади происходит за три года, тогда как NAND-флеш показывала удвоение за два года. В 2012 году 19 нм техпроцесс был освоен совместным предприятием Toshiba и SanDisk[25]. В ноябре 2012 года[26] Samsung также начала производство по техпроцессу 19 нм (активно используя в маркетинговых материалах фразу «10nm-class», обозначавшую какой-то процесс из диапазона 10—19 нм)[27][28][29][30].

ITRS или компании 2010 2011 2012 2013 2014 2015* 2016*
ITRS Flash Roadmap 2011[25] 32 нм 22 нм 20 нм 18 нм 16 нм
ITRS Flash Roadmap 2013[31][32] 17 нм 15 нм 14 нм
Samsung[25][32]
Samsung 3D NAND (CTF)[32]
35-32 нм 27 нм 21 нм (MLC, TLC) 19 nm 19-16 нм
V-NAND (24L)
12 нм
V-NAND (32L)
12 нм
Micron, Intel[25][32] 34-25 нм 25 нм 20 нм (MLC + HKMG) 20 нм (TLC) 16 нм 12 нм
3D-NAND
3D-NAND Gen2
Toshiba, Sandisk[25][32] 43-32 нм 24 нм 19 нм (MLC, TLC) A-19 нм 15 нм 3D NAND BiCS 3D NAND BiCS
SK Hynix[25][32] 46-35 нм 26 нм 20 нм (MLC) 20 нм 16 нм 3D V1 12 нм

Уменьшение техпроцесса позволяло быстро наращивать объемы чипов памяти NAND-флеш. В 2000 году флеш-память по технологии 180 нм имела объем данных в 512 Мбит на кристалл, в 2005 — 2 Гбит при 90 нм. Затем произошел переход на MLC, и в 2008 чипы имели объем 8 Гбит (65 нм)[33]. На 2010 год около 25—35 % чипов имели размер 16 Гбит, 55 % — 32 Гбит[34]. В 2012—2014 годах в новых продуктах широко использовались кристаллы объемом 64 Гбит, и начиналось внедрение 128-Гбитовых модулей (10 % на начало 2014 года), изготовленных по техпроцессам 24—19 нм[33][34].

По мере уменьшения техпроцесса и его приближению к физическим пределам текущих технологий изготовления, в частности, фотолитографии, дальнейшее увеличение плотности данных может быть обеспечено переходом на большее количество бит в ячейке (например, переход с 2-битной MLC на 3-битную TLC), заменой FG-технологии ячеек на CTF технологию или переходом на трехмерную компоновку ячеек на пластине (3D NAND, V-NAND; однако при этом увеличивается шаг техпроцесса). Например, приблизительно в 2011—2012 годах всеми производителями были внедрены воздушные промежутки между управляющими линиями, позволившие продолжить масштабирование далее 24—26 нм[35][36], а Samsung с 2013—2014 года начала массовый выпуск 24- и 32-слойной 3D NAND[37] на базе CTF технологии , в том числе, в варианте с 3-битными (TLC) ячейками[39]. Проявляющееся с уменьшением техпроцесса уменьшение износостойкости (ресурса стираний), а также увеличение темпа битовых ошибок потребовало применения более сложных механизмов коррекции ошибок и снижения гарантированных объемов записи и гарантийных сроков . Однако, несмотря на принимаемые меры, вероятно, что возможности дальнейшего масштабирования NAND-памяти будут экономически не оправданы или физически невозможны. Исследуется множество возможных замен технологии флеш-памяти, в частности, FeRAM, MRAM, PMC, PCM, ReRAM и т. п.

Особенности применения

Стремление достичь предельных значений емкости для NAND-устройств привело к «стандартизации брака» — праву выпускать и продавать микросхемы с некоторым процентом бракованных ячеек и без гарантии непоявления новых «bad-блоков» в процессе эксплуатации. Чтобы минимизировать потери данных, каждая страница памяти снабжается небольшим дополнительным блоком, в котором записывается контрольная сумма, информация для восстановления при одиночных битовых ошибках, информация о сбойных элементах на этой странице и количестве записей на эту страницу.

Сложность алгоритмов чтения и допустимость наличия некоторого количества бракованных ячеек вынудили разработчиков оснастить NAND-микросхемы памяти специфическим командным интерфейсом. Это означает, что нужно сначала подать специальную команду переноса указанной страницы памяти в специальный буфер внутри микросхемы, дождаться окончания этой операции, считать буфер, проверить целостность данных и, при необходимости, попытаться восстановить их.

Слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи в одной странице. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что стандартные файловые системы — то есть стандартные системы управления файлами для широко распространенных файловых систем — часто записывают данные в одно и то же место. Часто обновляется корневой каталог файловой системы, так что первые секторы памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволит существенно продлить срок работы памяти .

NAND-контроллеры

Для упрощения применения микросхем флеш-памяти NAND-типа они используются совместно со специальными микросхемами — NAND-контроллерами. Эти контроллеры должны выполнять всю черновую работу по обслуживанию NAND-памяти: преобразование интерфейсов и протоколов, виртуализация адресации (с целью обхода сбойных ячеек), проверка и восстановление данных при чтении, забота о разном размере блоков стирания и записи (Write amplification забота о периодическом обновлении записанных блоков, равномерное распределение нагрузки на секторы при записи (Wear leveling .

Однако задача равномерного распределения износа не обязательна, поэтому в самых дешевых изделиях ради экономии могут устанавливаться наиболее простые контроллеры. Такие флеш-карты памяти и USB-брелоки быстро выйдут из строя при частой перезаписи. При необходимости очень частой записи данных на флешки предпочтительно использовать дорогие изделия с более износостойкой памятью (MLC вместо TLC, SLC вместо MLC) и качественными контроллерами.

На дорогие NAND-контроллеры также может возлагаться задача «ускорения» микросхем флеш-памяти путем распределения данных одного файла по нескольким микросхемам. Время записи и чтения файла при этом сильно уменьшается.

Специальные файловые системы

Зачастую во встраиваемых применениях флеш-память может подключаться к устройству напрямую — без контроллера. В этом случае задачи контроллера должен выполнять программный NAND-драйвер в операционной системе. Чтобы не выполнять избыточную работу по равномерному распределению записи по страницам, стараются эксплуатировать такие носители со специальными файловыми системами: JFFS2 и YAFFS для Linux и др.

Применение

Существует два основных способа применения флеш-памяти: как мобильный носитель информации и как хранилище программного обеспечения («прошивки») цифровых устройств. Зачастую эти два применения совмещаются в одном устройстве.

При хранении во флеш-памяти возможно простое обновление прошивок устройств в процессе эксплуатации.

NOR

NOR-флеш наиболее применима в устройствах с энергонезависимой памятью относительно небольшого объема, требующих быстрого доступа по случайным адресам и с гарантией отсутствия сбойных элементов:

  • Встраиваемая память программ однокристальных микроконтроллеров. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Типовые объемы — от 1 кбайта до 1 Мбайта.
  • Стандартные микросхемы ПЗУ произвольного доступа для работы вместе с микропроцессором.
  • Специализированные микросхемы начальной загрузки компьютеров (POST и BIOS), процессоров ЦОС и программируемой логики. Типовые объемы — единицы и десятки мегабайт.
  • Микросхемы хранения среднего размера данных, например, DataFlash. Обычно снабжаются интерфейсом SPI и упаковываются в миниатюрные корпуса. Типовые объемы — от сотен кбайт до технологического максимума.

NAND

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность
Флеш-карты разных типов (спичка для сравнения масштабов)

Там, где требуются рекордные объемы памяти — NAND-флеш вне конкуренции. Чипы NAND показывали постоянное повышение объемов, и на 2012 год NAND имел рекордные объемы на 8-кристальную микросборку в 128 Гбайт (то есть объем каждого кристалла 16 Гбайт или 128 Гбит)[49].

В первую очередь NAND флеш-память применяется во всевозможных мобильных носителях данных и устройствах, требующих для работы больших объемов хранения. В основном, это USB-брелоки и карты памяти всех типов, а также мобильные устройства, такие, как телефоны, фотоаппараты, медиаплееры.

Флеш-память типа NAND позволила миниатюризировать и удешевить вычислительные платформы на базе стандартных операционных систем с развитым программным обеспечением. Их стали встраивать во множество бытовых приборов: сотовые телефоны и телевизоры, сетевые маршрутизаторы и точки доступа, медиаплееры и игровые приставки, фоторамки и навигаторы.

Высокая скорость чтения делает NAND-память привлекательной для кэширования винчестеров. При этом часто используемые данные операционная система хранит на относительно небольшом твердотельном устройстве, а данные общего назначения записывает на дисковый накопитель большого объема[50]. Также возможно объединение флеш-буфера на 4—8 ГБ и магнитного диска в едином устройстве, гибридном жестком диске (SSHD, Solid-state hybrid drive).

Благодаря большой скорости, объему и компактным размерам, NAND-память активно вытесняет из обращения носители других типов. Сначала исчезли дискеты и дисководы гибких магнитных дисков[51], снизилась популярность накопителей на магнитной ленте. Магнитные носители практически полностью вытеснены из мобильных и медиаприменений.

Стандартизация

Низкоуровневые интерфейсы

Стандартизацией корпусов, интерфейсов, системы команд и вопросов идентификации чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface (ONFI). Первым стандартом стала спецификация ONFI версии 1.0[52], выпущенная 28 декабря 2006 года, за ней последовали ONFI V2.0, V2.1, V2.2, V2.3, V3.0 (2011)[53]. Группа ONFI поддерживается Intel, Micron Technology, Hynix, Numonyx.[54]

Samsung и Toshiba разрабатывают свой, альтернативный ONFI, стандарт Toggle Mode DDR. Первая ревизия выпущена в 2009 году, вторая — в 2010.[53].

Высокоуровневые интерфейсы

Помимо стандартизации непосредственно микросхем памяти идет специфическая формализация доступа к долговременной памяти со стороны распространенных цифровых интерфейсов. Например, группа Non-Volatile Memory Host Controller Interface занимается вопросами стандартизации создания твердотельных дисков для интерфейса PCI Express.

Особняком стоят интегральные решения памяти и контроллера в виде микросхем, например, широко применяется встраиваемая eMMC-память, использующая электрический интерфейс, сходный с MMC но выполненная в виде микросхемы.[55] Развитием этого интерфейса занимается JEDEC.

Виды твердотелых дисков. Форм-фактор

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность

Как я уже упомянул в начале статьи, на данный момент на рынке представлено огромное количество различных твердотельных накопителей. Первое, что бросается в глаза — это различие форм-факторов. При выборе SSD для своей системы вы можете столкнуться со следующими форматами:

  • mSata — несколько устаревший формат низкопрофильной платы, предназначенный для ноутбуков, планшетов и портативной техники; использует подключение через интерфейс SATA.
  • 2.5 дюйма — всем знакомый по портативным жестким дискам формат, который используется как в настольных системах, так и в ноутбуках; использует подключение через интерфейс SATA.
  • M.2 — современный формат низкопрофильной платы, позволяющий осуществлять подключение через специальный слот M.2; использует подключение как через интерфейс SATA, так и через PCI-Express.
  • PCI-Express AIC — карты расширения для слотов PCI-Express, предназначенные для настольных компьютеров, рабочих станций и серверов.
  • U.2 — формат 2.5-дюймовых накопителей, разработанный для использования через интерфейс PCI-Express при помощи специального коннектора малого формата.

Интерфейс подключения SSD напрямую влияет на его скорость. Подробнее об этом — в следующем пункте.

Интерфейс и скорость передачи данных

Максимальная скорость передачи данных твердотельного накопителя ограничена типом подключения.

SSD потребительского сегмента используют подключение через интерфейсы SATA и PCI-Express:

  • SATA/mSATA — обеспечивает передачу данных на скоростях до 6 Гбит/сек (SATA III).
  • M.2 SATA — обеспечивает передачу данных на скоростях до 6 Гбит/сек (SATA III).
  • M.2 NVMe — обеспечивает передачу данных по линиям PCI-Exprees на скоростях до 31.5 Гбит/сек (PCI-Express 3.0 x4).
  • AIC NVMe — обеспечивает передачу данных на скоростях до 31.5 Гбит/сек (PCI-Express 3.0 x4).

Далее я бы хотел сделать небольшое отступление и подробнее остановиться на стандарте М.2 и протоколе NVMe, о которых упомянул выше.

NAND флэш-память

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность

NAND-флэш является основным и самым дорогостоящим компонентом твердотельного накопителя. Выделим три основных типа памяти, используемых в современных SSD:

  • Planar NAND / 2D NAND — устаревший вариант NAND памяти, который характеризуется однослойной структурой расположения ячеек памяти.
  • 3D NAND / V-NAND — современный и самый распространенный на сегодняшний день тип флэш-памяти в твердотелых накопителях, который характеризуется многослойной структурой расположения ячеек памяти.
  • 3D XPOINT — совместная разработка Intel и Micron, являющаяся более быстрой и более дорогой альтернативой 3D NAND памяти.

Так как 3D NAND является самым распространенным типом памяти в твердотельных накопителях, давайте рассмотрим подробнее ее виды и принцип работы.

Виды 3D NAND флэш-памяти

Виды твердотельных дисков SSD , их параметры  , NAND  NOR  и SLC  MLC  QLC , ресурс записи, надежность

Разница в плотности между типами 3D NAND-памяти Источник: Micron

Тип 3D NAND памяти, используемый в накопителе, напрямую влияет на его эффективность и долговечность. На данный момент в твердотельных накопителях вы можете встретить следующие типы 3D NAND памяти:

  • SLC — имеет ячейки памяти, содержащие один бит информации; самая эффективная, долговечная и дорогая 3D NAND памятью, использующаяся в серверных и профессиональных накопителях.
  • MLC — имеет ячейки памяти, содержащие два бита информации; следующая по характеристикам и цене после SLC.
  • TLC — имеет ячейки памяти, содержащие три бита информации; самая распространенная память в потребительских устройствах массового сегмента, обеспечивающая хорошее соотношение цены и характеристик.
  • QLC — имеет ячейки памяти, содержащие 4 бита информации, и является самой дешевой и самой слабой по характеристикам памятью, при этом позволяя создавать на своей основе накопители большого объема.

Самым главным отличием различных типов 3D NAND памяти является их долговечность. Дабы понять, за счет чего возникает эта разница, рассмотрим принцип работы 3D NAND памяти.

Принцип работы и износа 3D NAND памяти

Память NAND состоит из ячеек транзистора с плавающим затвором, которые сохраняют заряженное состояние при отсутствии источника питания. Плавающие затворы содержат электроны, а заряженное состояние представлено двоичным разрядом 0 и разряженным состоянием 1. Двоичный бит 0 представляет

продолжение следует...

Продолжение:


Часть 1 Виды твердотельных дисков SSD , их параметры , NAND / NOR и SLC / MLC
Часть 2 3D XPoint. Intel Optane - Виды твердотельных дисков SSD ,
Часть 3 Надежность ssd - Виды твердотельных дисков SSD , их параметры

См.также

Исследование, описанное в статье про твердотельный диск, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое твердотельный диск, ssd , nand, nor , slc, mlc , qlc , ресурс записи ssd, ssd надежность, коэффициент усиления записи, срок хранения данных на ssd и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

создано: 2020-12-13
обновлено: 2021-03-13
132265



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база