Kaasaegsetele inimestele meeldib olla mobiilne ja kaasas on erinevad kõrgtehnoloogilised vidinad (inglise gadget - seade), mis teeb elu lihtsamaks, aga mis seal salata, rikkamaks ja huvitavamaks. Ja need ilmusid vaid 10-15 aasta pärast! Miniatuurne, kerge, mugav, digitaalne... Seda kõike on vidinad saavutanud tänu uutele mikroprotsessoritehnoloogiatele, kuid suurema panuse andis üks tähelepanuväärne andmesalvestustehnoloogia, millest täna juttu tulebki. Niisiis, välkmälu.

Arvatakse, et nimi FLASH on seoses mälu tüübiga tõlgitud kui "flash". Tegelikult pole see tõsi. Üks selle välimuse versioon ütleb, et esimest korda aastatel 1989–1990 kasutas Toshiba oma uute kiipide kirjeldamisel sõna Flash kontekstis "kiire, kohene". Üldiselt peetakse leiutajaks Inteli, kes võttis 1988. aastal kasutusele NOR arhitektuuriga välkmälu. Aasta hiljem töötas Toshiba välja NAND-arhitektuuri, mida kasutatakse ka tänapäeval koos sama NOR-iga välkkiipides. Tegelikult võime nüüd öelda, et need on kaks erinevat tüüpi mälu, millel on mõnevõrra sarnane tootmistehnoloogia. Selles artiklis püüame mõista nende disaini, tööpõhimõtet ja kaaluda ka erinevaid praktilisi kasutusvõimalusi.

NOR

Selle abiga muudetakse sisendpinged väljundpingeteks, mis vastavad numbritele “0” ja “1”. Need on vajalikud, kuna mäluelemendis andmete lugemiseks/kirjutamiseks kasutatakse erinevaid pingeid. Lahtri diagramm on näidatud alloleval joonisel.

See on tüüpiline enamiku välklampide jaoks ja on kahe isoleeritud väravaga transistor: juht- ja ujuv. Viimase oluliseks omaduseks on võime hoida elektrone ehk laengut. Lahtris on ka nn äravool ja allikas. Nende vahel programmeerimisel tekib positiivse välja mõju tõttu juhtväravale kanal - elektronide voog. Osa elektrone ületab suurema energia olemasolu tõttu isolaatorikihi ja langeb ujuvväravale. Neid saab sellel säilitada mitu aastat. Teatud elektronide arvu (laengu) vahemik ujuvväraval vastab loogilisele vahemikule ja kõik, mis on sellest suurem, vastab nullile. Lugemisel tuvastatakse need seisundid transistori lävipinge mõõtmise teel. Teabe kustutamiseks rakendatakse juhtväravale kõrge negatiivne pinge ja ujuvvärava elektronid liiguvad (tunnelisse) allikasse. Erinevate tootjate tehnoloogiate puhul võib see tööpõhimõte voolu tarnimise ja elemendist andmete lugemise poolest erineda. Juhin tähelepanu ka asjaolule, et välkmälu struktuuris kasutatakse 1 biti info salvestamiseks ainult ühte elementi (transistorit), lenduvate mälutüüpide puhul on selleks vaja mitut transistorit ja kondensaatorit. See võimaldab oluliselt vähendada toodetavate mikroskeemide suurust, lihtsustada tehnoloogilist protsessi ja sellest tulenevalt vähendada kulusid. Kuid üks natuke on piirist kaugel: Intel annab juba välja StrataFlash-mälu, mille iga lahter suudab salvestada 2 bitti teavet. Lisaks on proovinäidised 4 ja isegi 9-bitiste rakkudega! See mälu kasutab mitmetasandilist rakutehnoloogiat. Neil on tavaline struktuur, kuid erinevus seisneb selles, et nende laeng on jagatud mitmeks tasemeks, millest igaühele on määratud teatud bittide kombinatsioon. Teoreetiliselt on võimalik lugeda/kirjutada rohkem kui 4 bitti, kuid praktikas tekivad probleemid müra kõrvaldamisega ja elektronide järkjärgulise lekkimisega pikaajalisel säilitamisel. Üldiselt iseloomustab tänapäeval rakkude jaoks olemasolevaid mälukiipe aastates mõõdetud teabe salvestamise aeg ja lugemis-/kirjutustsüklite arv 100 tuhandest mitme miljonini. NOR-arhitektuuriga välkmälu üks puudusi on halb skaleeritavus: kiipide pindala on võimatu vähendada transistoride suuruse vähendamisega. See olukord on seotud rakkude maatriksi organiseerimisega: NOR-arhitektuuris tuleb iga transistoriga individuaalne kontakt luua. NAND-arhitektuuriga välkmälu läheb selles osas palju paremini.

NAND

Selle rakkude disain ja tööpõhimõte on samad, mis NOR-il. Kuigi lisaks loogikale on veel üks oluline erinevus - rakkude ja nende kontaktide paigutuse arhitektuur. Erinevalt ülalkirjeldatud juhtumist on siin kontaktmaatriks, mille ridade ja veergude ristumiskohtades asuvad transistorid. See on võrreldav kuvarite passiivse maatriksiga :) (ja NOR on võrreldav aktiivse TFT-ga). Mälu puhul on see korraldus mõnevõrra parem - mikroskeemi pindala saab rakkude suuruse tõttu oluliselt vähendada. Puuduseks (et olla kindel) on väiksem töökiirus bait-bait-juurdepääsutoimingutes võrreldes NOR-iga.

Samuti on olemas sellised arhitektuurid nagu: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) jne. Need ei esinda midagi põhimõtteliselt uut, vaid ühendavad ainult NAND ja NOR parimad omadused.

Ja ometi, olgu nii, NOR ja NAND toodetakse tänapäeval võrdsetel tingimustel ja praktiliselt ei konkureeri üksteisega, sest nende omaduste tõttu kasutatakse neid erinevates andmesalvestusvaldkondades. Sellest arutatakse edasi...

Kus on mälu vaja...

Mis tahes tüüpi välkmälu kasutusala sõltub eelkõige selle kiirusomadustest ja teabe salvestamise usaldusväärsusest. NOR-mälu aadressiruum võimaldab töötada üksikute baitide või sõnadega (2 baiti). NAND-is on rakud rühmitatud väikesteks plokkideks (sarnaselt kõvaketta klastriga). Sellest järeldub, et järjestikusel lugemisel ja kirjutamisel on NAND-il kiiruse eelis. Kuid teisest küljest on NAND oluliselt kehvem suvapöördustoimingutes ega võimalda otsest tööd baitidega teabega. Näiteks ühe baidi muutmiseks vajate:

1. lugege puhvrisse teabeplokk, milles see asub
2. muutke puhvris vajalikku baiti
3. kirjutage plokk muudetud baidiga tagasi

Kui lisame ülaltoodud toimingute täitmisajale ploki tõmbamise ja juurdepääsu viivitused, saame näitajad, mis ei ole NOR-iga sugugi konkureerivad (pange tähele, et see kehtib just bait-bait-salvestuse puhul). Järjestikune kirjutamine/lugemine on teine ​​asi - siin näitab NAND vastupidi oluliselt suuremaid kiirusomadusi. Seetõttu ja ka võimaluse tõttu suurendada mälumahtu ilma kiibi suurust suurendamata, on NAND-välklamp leidnud kasutust suurte teabehulkade hoidjana ja selle edastamiseks. Seda tüüpi mälul põhinevad praegu kõige levinumad seadmed on välkmäluseadmed ja mälukaardid. Mis puutub NOR flashi, siis sellise korraldusega kiipe kasutatakse programmikoodi salvestajatena (BIOS, taskuarvutite RAM, mobiiltelefonid jne), mida mõnikord rakendatakse integreeritud lahenduste kujul (RAM, ROM ja protsessor ühel mini- pardal või isegi ühes kiibis). Hea näide selle kasutamisest on Gumstixi projekt: kummipulga suurune ühe pardaarvuti. Just NOR-kiibid tagavad sellisteks puhkudeks vajaliku teabe salvestamise usaldusväärsuse ja paindlikumad võimalused sellega töötamiseks. NOR-välgu helitugevust mõõdetakse tavaliselt megabaitides ja see ületab harva kümneid.

Ja tuleb välk...

Muidugi on välklamp paljulubav tehnoloogia. Vaatamata suurele tootmiskasvule on sellel põhinevad salvestusseadmed siiski piisavalt kallid, et konkureerida laua- või sülearvutite kõvaketastega. Põhimõtteliselt piirdub välkmälu domineerimise sfäär nüüd mobiilseadmetega. Nagu te mõistate, pole see infotehnoloogia segment nii väike. Lisaks ei peatu välklambi laienemine tootjate sõnul sellega. Millised on peamised arengusuunad selles valdkonnas?

Esiteks, nagu eespool mainitud, keskendutakse tugevalt integreeritud lahendustele. Lisaks on sellised projektid nagu Gumstix vaid vaheetapid teel kõigi funktsioonide rakendamiseks ühes kiibis.

Seni on nn on-chip (single-chip) süsteemid kombinatsioonid välkmälust kontrolleri, protsessori, SDRAM-i või spetsiaalse tarkvaraga ühes kiibis. Näiteks Intel StrataFlash koos püsiva salvestushalduri (PSM) tarkvaraga võimaldab kasutada mälumahtu üheaegselt nii andmete salvestamiseks kui ka programmikoodi täitmiseks. PSM on sisuliselt failisüsteem, mida toetab Windows CE 2.1 ja uuem. Kõik see on suunatud komponentide arvu vähendamisele ja mobiilseadmete suuruse vähendamisele, suurendades samal ajal nende funktsionaalsust ja jõudlust. Mitte vähem huvitav ja asjakohane on Renesase ettevõtte arendus - superAND välkmälu koos sisseehitatud haldusfunktsioonidega. Kuni selle hetkeni rakendati neid kontrolleris eraldi, kuid nüüd on need integreeritud otse kiibi. Need on vigaste sektorite jälgimise, vigade parandamise (ECC – vigade kontrollimine ja parandamine) ning kulumise tasandamise funktsioonid. Kuna need on ühes või teises variandis olemas enamikus teistes väliste kontrollerite kaubamärgiga püsivaras, vaatame neid lühidalt. Alustame halbadest sektoritest. Jah, neid leidub ka välkmälus: konveierilt tulevad juba kiibid maha, kus on keskmiselt kuni 2% mittetöötavaid elemente – see on tavaline tehnoloogiline norm. Kuid aja jooksul võib nende arv suureneda (keskkonda ei tohiks selles eriti süüdistada - välklambi elektromagnetiline, füüsiline (raputamine jne) mõju ei ole kohutav). Seetõttu on välkmälu sarnaselt kõvaketastega reservmahtu. Kui ilmub vigane sektor, asendab seirefunktsioon selle aadressi failijaotustabelis selle sektori aadressiga varualast.

Tegelikult vastutab halbade probleemide tuvastamise eest ECC algoritm – see võrdleb salvestatud teavet tegelikult salvestatud teabega. Samuti on lahtrite piiratud ressursi tõttu (igaüks suurusjärgus mitu miljonit lugemis-/kirjutustsüklit) oluline ühtlase kulumise arvestamise funktsioon. Lubage mul tuua teile haruldane, kuid levinud juhtum: võtmehoidja 32 MB, millest 30 MB on hõivatud ja vabasse ruumi kirjutatakse ja kustutatakse pidevalt midagi. Selgub, et mõned rakud on jõude, teised aga kurnavad intensiivselt oma ressursse. Selle vältimiseks jagatakse kaubamärgiga seadmetes vaba ruum tavapäraselt osadeks, millest igaühe jaoks jälgitakse ja salvestatakse kirjutamistoimingute arv.

Veelgi keerukamaid kõik-ühes konfiguratsioone esindavad nüüd laialdaselt sellised ettevõtted nagu Intel, Samsung, Hitachi jne. Nende tooted on multifunktsionaalsed seadmed, mis on realiseeritud ainult ühes kiibis (tavaliselt sisaldab see protsessorit, välkmälu ja SDRAM-i ). Need on keskendunud kasutamisele mobiilseadmetes, kus on oluline kõrge jõudlus minimaalse suuruse ja väikese energiatarbimisega. Nende hulka kuuluvad: pihuarvutid, nutitelefonid, telefonid 3G võrkude jaoks. Toon näite sellistest arendustest – Samsungi kiip, mis ühendab endas ARM-protsessori (203 MHz), 256 MB NAND-mälu ja 256 SDRAM-i. See ühildub tavaliste operatsioonisüsteemidega: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux ja sellel on USB tugi. Seega on selle põhjal võimalik luua vähese energiatarbega multifunktsionaalseid mobiilseadmeid, mis on võimelised töötama video-, heli-, hääle- ja muude ressursimahukate rakendustega.

Teine suund välklambi parandamiseks on vähendada energiatarbimist ja suurust, suurendades samal ajal mälu suurust ja kiirust. See kehtib suuremal määral NOR-arhitektuuriga kiipide kohta, kuna traadita võrke toetavate mobiilsete arvutite arenedes muutub NOR-välk oma väiksuse ja väikese energiatarbimise tõttu universaalseks lahenduseks programmikoodi salvestamiseks ja täitmiseks. Peagi pannakse masstootmisse samade Renesase 512 Mbit NOR kiibid. Nende toitepinge on 3,3 V (tuletan teile meelde, nad suudavad salvestada teavet ilma voolu andmata) ja kirjutamistoimingute kiirus on 4 MB/sek. Samal ajal esitleb Intel juba oma arendust StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) – universaalset välkmälusüsteemi traadita tehnoloogiate jaoks. Selle mälumaht võib ulatuda 1 Gbit-ni ja tööpinge on 1,8 V. Kiibi valmistamise tehnoloogia on 0,13 nm, plaanis on minna üle 0,09 nm protsessitehnoloogiale. Selle ettevõtte uuenduste hulgas väärib märkimist ka NOR-mäluga partiirežiimi korraldamine. See võimaldab lugeda infot mitte ühe baidi kaupa, vaid 16-baidiste plokkidena: 66 MHz andmesiini kasutades ulatub infovahetuse kiirus protsessoriga 92 Mbit/s!

Noh, nagu näete, areneb tehnoloogia kiiresti. On täiesti võimalik, et selle artikli ilmumise ajaks ilmub midagi uut. Seega, kui midagi juhtub, ärge mind süüdistage :) Loodan, et materjal oli teile huvitav.

SSD jõudlus ja eluiga sõltuvad peamiselt NAND-välkmälust ja kontrolleri püsivarast. Need on draivi hinna põhikomponendid ja loogiline on nendele komponentidele ostmisel tähelepanu pöörata. Täna räägime NANDist.

Soovi korral leiate välkmälu tootmisprotsessi peensusi SSD ülevaadetele spetsialiseerunud saitidel. Minu artikkel on suunatud laiemale lugejaskonnale ja sellel on kaks eesmärki:

1. Tõstke eesriie SSD-de tootjate ja kaupluste veebisaitidel avaldatud ebamäärasetele spetsifikatsioonidele.
2. Lahendage küsimused, mis teil võivad tekkida, kui uurite erinevate draivide mälu tehnilisi omadusi ja lugesite riistvaranörkide jaoks kirjutatud ülevaateid.

Alustuseks illustreerin probleemi piltidega.

Mida SSD spetsifikatsioonid näitavad?

Tootjate ametlikel veebisaitidel ja veebipoodides avaldatud NAND-i tehnilised kirjeldused ei sisalda alati üksikasjalikku teavet. Lisaks on terminoloogia väga erinev ja ma olen teile kogunud andmed viie erineva draivi kohta.

Kas see pilt ütleb sulle midagi?

Ok, oletame, et Yandex.Market pole kõige usaldusväärsem teabeallikas. Pöördume tootjate kodulehtede poole – kas see on muutunud lihtsamaks?

Ehk saab niimoodi selgemaks?

Ja kui nii?

Või on niimoodi parem?

Samal ajal on kõigis nendes draivides installitud sama mälu! Raske uskuda, eriti kahte viimast pilti vaadates, kas pole? Pärast sissekande lõpuni lugemist te mitte ainult ei veendu selles, vaid loete ka selliseid omadusi nagu avatud raamatut.

NAND-mälutootjad

Välkmälutootjaid on palju vähem kui ettevõtteid, kes müüvad SSD-sid oma kaubamärkide all. Enamikul draividel on nüüd mälu:

• Intel / Micron
• Hynix
• Samsung
• Toshiba/SanDisk

Pole juhus, et Intel ja Micron jagavad nimekirjas sama kohta. Nad toodavad NAND-i, kasutades IMFT ühisettevõtte raames samu tehnoloogiaid.

USA Utah' osariigi juhtivas tehases toodetakse sama mälu nende kahe ettevõtte kaubamärkide all peaaegu võrdsetes osades. Mälu võib tulla ka koosteliinilt Singapuri tehases, mida nüüd kontrollib Micron, oma tütarettevõtte SpecTek kaubamärgi all.

Kõik SSD-de tootjad ostavad NAND-i ülaltoodud ettevõtetelt, seega võib erinevatel draividel olla praktiliselt sama mälu, isegi kui selle kaubamärk on erinev.

Näib, et selles mäluolukorras peaks kõik olema lihtne. NAND-i on aga mitut tüüpi, mis omakorda on jaotatud erinevate parameetrite järgi, tekitades segadust.

NAND-mälutüübid: SLC, MLC ja TLC

Need on kolm erinevat tüüpi NAND-i, mille peamine tehnoloogiline erinevus seisneb mäluelemendis salvestatud bittide arvus.

SLC on kolmest tehnoloogiast vanim ja sellise NAND-iga moodsat SSD-d tõenäoliselt ei leia. Enamikul draividel on nüüd MLC pardal ja TLC on uus sõna pooljuhtdraivide mäluturul.

Üldiselt on TLC-d pikka aega kasutatud USB-mälupulkades, kus mälu vastupidavus ei oma praktilist tähtsust. Uued tehnoloogilised protsessid võimaldavad vähendada SSD-de TLC NAND gigabaidi maksumust, pakkudes vastuvõetavat jõudlust ja kasutusiga, mis on loogiline kõigi tootjate jaoks.

Huvitav on see, et kuigi üldsus on mures SSD-de piiratud arvu kirjutamistsüklite pärast, siis NAND-tehnoloogiate arenedes see parameeter ainult väheneb!

Kuidas määrata SSD-s konkreetset mälutüüpi

Olenemata sellest, kas olete ostnud SSD või alles plaanite ostu, võib teil pärast selle postituse lugemist alapealkirjas tekkida küsimus.

Ükski programm ei näita mälu tüüpi. Selle teabe leiate draivi ülevaadetest, kuid seal on otsetee, eriti kui peate võrdlema mitut ostukandidaati.

Spetsiaalsetelt saitidelt leiate SSD-de andmebaase ja siin on näide.

Mul polnud seal probleeme oma draivide mäluomaduste leidmisega, välja arvatud tahvelarvutisse installitud SanDisk P4 (mSATA).

Millistel SSD-del on parim mälu?

Vaatame kõigepealt läbi artikli põhipunktid:

• NAND-i tootjaid saab ühe käe sõrmedel üles lugeda
• Kaasaegsed pooljuhtdraivid kasutavad kahte tüüpi NAND-i: MLC ja TLC, mis alles kogub hoogu
• MLC NAND erineb liideste poolest: ONFi (Intel, Micron) ja Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
• ONFi MLC NAND jaguneb asünkroonseks (odavam ja aeglasem) ja sünkroonseks (kallim ja kiirem)
• SSD-de tootjad kasutavad erinevate liideste ja tüüpi mälu, luues laia valikut mudeleid, mis sobivad iga eelarvega
• Ametlikud spetsifikatsioonid sisaldavad harva spetsiifilist teavet, kuid SSD andmebaasid võimaldavad teil täpselt määrata NAND-i tüübi

Loomulikult ei saa sellises loomaaias alapealkirjas esitatud küsimusele üheselt vastata. Sõltumata draivi kaubamärgist vastab NAND märgitud spetsifikatsioonidele, vastasel juhul pole OEM-tootjatel mõtet seda osta (nad annavad SSD-dele oma garantii).

Siiski... kujutage ette, et suvi rõõmustas teid dachas enneolematu maasikasaagiga!

See kõik on mahlane ja magus, kuid sa lihtsalt ei jõua nii palju süüa, nii et otsustasite mõned kogutud marjad maha müüa.

Kas jätate parimad maasikad endale või paned müüki? :)

Võib eeldada, et NAND-i tootjad paigaldavad oma draividesse parima mälu. Arvestades NAND-i tootvate ettevõtete piiratud arvu, on SSD-de tootjate nimekiri veelgi lühem:

• Crucial (Mikroni jaotus)
• Intel
• Samsung

Jällegi on see vaid oletus ja seda ei toeta karmid faktid. Kuid kas te oleksite nende ettevõtetena käitunud teisiti?

NAND-välkmälu kasutab NOT AND väravat ja nagu paljud muud tüüpi mälud, salvestab see andmeid suurde rakkude massiivi, kusjuures iga rakk sisaldab ühte või mitut andmebitti.

Igat tüüpi mälu võivad mõjutada sisemised ja välised tegurid, nagu kulumine, füüsilised kahjustused, riistvaravead ja muud. Sellistel juhtudel riskime oma andmete täieliku kaotamisega. Mida teha sellistes olukordades? Ärge muretsege, sest on olemas andmete taastamise programmid, mis suudavad andmeid lihtsalt ja kiiresti taastada, ilma et oleks vaja osta lisavarustust või äärmisel juhul uuesti kadunud dokumentidega tegelema hakata. Vaatame NAND-välkmälu lähemalt.

Tavaliselt on NAND-massiv jagatud paljudeks plokkideks. Iga baiti ühes neist plokkidest saab eraldi kirjutada ja programmeerida, kuid üks plokk esindab massiivi väikseimat kustutatavat osa. Sellistes plokkides on iga biti kahendväärtus 1. Näiteks monoliitne 2 GB NAND-välkmäluseade koosneb tavaliselt 2048 B (128 KB) plokist ja 64 plokist. Igal lehel on 2112 baiti ja see koosneb 2048 baidist andmetest ja täiendavast 64 baidist tsoonist. Varuala kasutatakse tavaliselt ECC, rakkude kulumise teabe ja muude tarkvara üldfunktsioonide jaoks, kuigi see ei erine füüsiliselt ülejäänud lehe osast. NAND-seadmeid pakutakse 8-bitise või 16-bitise liidesega. Andmesõlm on ühendatud NAND-mäluga kahesuunalise 8- või 16-bitise andmesiini kaudu. 16-bitises režiimis kasutavad käsud ja aadressid 8 bitti, ülejäänud 8 bitti kasutatakse andmeedastustsüklite ajal.

NAND-välkmälu tüübid

NAND-välkmälu, nagu me juba märkisime, on kahte tüüpi: ühetasandiline (SLC) ja mitmetasandiline (MLC). Ühetasandiline välkmälu – SLC NAND (single level cell) sobib hästi rakendustele, mis nõuavad suurt ja keskmist tihedust. See on kõige hõlpsamini kasutatav ja mugavam tehnoloogia. Nagu ülalpool kirjeldatud, salvestab SLC NAND igasse mälulahtrisse ühe bitti andmeid. SLC NAND pakub suhteliselt suurt lugemis- ja kirjutamiskiirust, head jõudlust ja lihtsaid veaparandusalgoritme. SLC NAND võib bitipõhiselt olla kallim kui teised NAND-tehnoloogiad. Kui rakendus nõuab suurt lugemiskiirust, näiteks suure jõudlusega meediumikaarti, mõnda hübriiddraivi, pooljuhtseadmeid (SSD) või muid manustatud rakendusi, võib SLC NAND olla ainus sobiv valik.

Mitmetasandiline välkmälu – MLC NAND (multilevel cell) on mõeldud suurema tihedusega ja aeglase tsükliga rakenduste jaoks.

Erinevalt SLC NAND-ist salvestavad mitmetasandilised MLC NAND-rakud mäluelemendi kohta kaks või enam bitti. Iga biti asukoha määramiseks rakendatakse pinget ja voolu. SLC-seadmed vajavad ainult ühte pingetaset. Kui vool tuvastatakse, on biti väärtus 1; kui voolu ei tuvastata, on bitt tähistatud kui 0. MLC-seadme puhul kasutatakse bittide väärtuste määramiseks kolme erinevat pingetaset.

Tavaliselt pakub MLC NAND seadme kohta kaks korda suuremat võimsust kui SLC NAND ja on ka odavam. Kuna SLC NAND on kolm korda kiirem kui MLC NAND ja pakub rohkem kui 10 korda suuremat jõudlust; kuid paljude rakenduste jaoks pakub MLC NAND õiget hinna ja jõudluse kombinatsiooni. Tegelikult moodustab MLC NAND peaaegu 80% kõigist NAND-välkmälu saadetistest. Ja MLC NAND välkmälu domineerib tarbijate valikul SSD-klassis, kuna nende jõudlus on parem kui magnetkõvaketastel.

SSD eluiga sõltub NAND-välkmällu kirjutatud baitide arvust. Enamikul MLC-põhistel seadmetel on ühe- kuni kolmeaastane garantii. Siiski on oluline täpselt aru saada, kuidas seadet kasutatakse, kuna MLC-põhised SSD-d võivad kesta vähem, kui on oodata mitu ketta ümberkirjutamist. Teisest küljest kestavad SLC-põhised lahendused eeldatavast kolm aastat kauem, isegi raskete PE-tsüklite korral.

NAND-välgu ajalugu

NAND-välkmälu on püsiv pooljuhtketas, mis on toonud olulisi muudatusi andmesalvestustööstuses, mis on nüüdseks 26 aastat vana. Välkmälu leiutas dr Fujio Masuoka 1980. aasta paiku Toshibas töötades. Toshiba sõnul pakkus nime "välklamp" välja dr Masuoka kolleeg hr Sho-ji Ariizumi, kuna mälusisu kustutamise protsess meenutas talle kaamera välku.

Toshiba turustas NAND-välkmälu 1987. aastal; sellest ajast on palju muutunud. NAND-välkmälu turg on kiiresti kasvanud ja müük on kaheksa korda suurem kui DRAM-i (dünaamilise muutmälu) müük. NAND-mälust on saanud suure vastupidavusega salvestusseade ja paljude kasutajate valik. Sellist mälu kasutatakse tänapäeval erinevates mälukaartides ja USB-draivides, pilvesalvestust leidub paljude kasutajate seas nii tööstuses ja äris kui ka koduseadmetes. NAND-välkmälu kasutavad laialdaselt ka Apple'i iPhone'i, iPodi ja iPadi seadmed ning Androidi telefonid ja tahvelarvutid. Sellest ajast alates on see uuendus jõudnud uude ajastusse, kus tarbijad pääsevad alati juurde oma failidele: videotele, muusikale, raamatutele ja dokumentidele, kus iganes te ka poleks.

Kvaliteetne NAND on programmeeritud lugema teavet väikeste plokkide või lehtedena, samal ajal kui NOR-välkmälu loeb ja kirjutab andmeid 1 bait korraga. NOR-välkmälu on eelistatud seadmetele, mis salvestavad ja käitavad koode, tavaliselt väikestes kogustes.

Tahkis-NAND-välkmälu ja salvestusseadmete kasutuselevõtt lisaks tavalistele magnetkõvaketastele on andnud ettevõtetele uusi võimalusi oma serveri käitamiseks ja peamiste ärirakenduste salvestamiseks. Kuna sellisel mälul pole liikuvaid osi, suudab NAND flash tänu suurepärasele lugemis- ja kirjutamiskiirusele palju kiiremini andmeid ühest kohast teise töödelda ja teisaldada. Finantsteenuste, jaemüügi ja pilvveebiteenuste rakendused käitavad sageli NAND-välkmäluga varustatud servereid.

Välkmälu salvestab teabe massiivi, mis koosneb mälurakkudest ja ujuvväravatest transistoridest. Single Layer Cell (SLC) seadmetes salvestab iga rakk ainult ühe bitti teavet. Mõned uuemad välkmälutüübid, mida tuntakse mitmetasandilise raku (MLC) seadmetena, suudavad salvestada rohkem kui ühe biti raku kohta, valides ujuvvärava transistori ja selle rakkude jaoks mitme elektrilaengu taseme vahel.

Peamised faktid NAND Flashi kohta

Välkmälutüüpide areng on muljetavaldav. StorageNewsletter.com, tööstuse tunnustatud ja väljakujunenud igapäevaste elektrooniliste uudiste allikas, on jälginud NAND-välkmälu arengut juba mõnda aega ja omab tervet andmete arhiivi selle tehnoloogia olemasolu kohta.

Välkmälukiibid: välkmälu ja pooljuhtdraivide suurenenud mahud ja madalamad hinnad on otseselt seotud NAND-välkmälukiipide tootmisprotsessiga. SanDisk ja Toshiba pakuvad nüüd 128 GB MLC-liini ja kiipi, millest igaüks on 3-bitine. Maailma suuremate välkmälutootjate hulka kuuluvad sellised ettevõtted nagu: Intel, Samsung, Seagate, Nvidia, LSI, Micron ja Western Digital.

Välkmälupulgad (või mälupulgad): esimesed USB-mälupulgad töötati välja 1990. aastate lõpus M-Systemsi poolt, mille hiljem omandas SanDisk. 2001. aastal hakkas IBM tootma USA-s mälust 8 MB versiooni, mida nimetatakse "võtmemäluks". Nüüd ulatub sellise mälu maht 128 GB-ni ja hindu on oluliselt alandatud.

Samast firmast M-Systems sai 1995. aastal esimene SSD tootja. Alates 1999. aastast on SN.com salvestanud 590 erinevat mudelit, mille on turule toonud 97 ettevõtet. Muu hulgas andis BiTMICRO Networks 1999. aastal välja mudeli E-Disk SNX35, mille suurus on 3,5 tolli ja mahutavus 128 MB kuni 10 GB, juurdepääsuaeg 500 ms ning lugemis- ja kirjutamiskiirus 4 MB/s, kasutades SCSI-2 liidest. . Järgmisel aastal tootis M-Systems 3 GB FFD SCSI, 2,5-tollise SSD maksimaalse lugemiskiirusega 4 MB/s ja kirjutamiskiirusega 3 MB/s.

Tänapäeval saate hankida 16 TB mälu (OCZ-lt PCIe SSD), mille lugemiskiirus on kuni 4 GB/s ja kirjutamiskiirus kuni 3,8 GB/s. OCZ kuulutas 2012. aastal välja ka kiireima võimaliku aja info kirjutamiseks ja lugemiseks: 0,04 ms lugemiseks ja 0,02 ms kirjutamistoiminguteks.

Sageli võime leida end olukorrast, kus andmed kustuvad või rikutakse erinevate vigade tõttu nii süsteemis kui ka inimlike vigade tõttu. Saate teada, kuidas mälukaardilt andmeid taastada.

NAND-välguga seadme valimise kriteeriumid

Seega, kui on vaja valida NAND-välktehnoloogiaga seadet (näiteks SSD-d), peate arvestama mitme valikukriteeriumiga:

Veenduge, et SSD-seade, operatsioonisüsteem ja failisüsteem toetaksid TRIM-i, eriti kui kaart kasutab kõvakettakontrollerit, mis raskendab "prügi", mittevajalike andmete kogumise protsessi:

— uurige mis tahes teabeallikast, kas teie OS toetab trimmimist; — on rakendusi, mis aitavad teil OS-i trimmitehnoloogiat lisada, kui seda ei toetata. Kuid kõigepealt uurige, kas see kahjustab seadme üldist jõudlust. NAND-mäluga SSD on suurepärane valik, kui vajate suurt jõudlust, mürapuudust, vastupidavust välismõjudele või madalat energiatarbimist: - mittejärjestikune lugemine annab võimaluse suurendada jõudlust võrreldes HDD-ga; — uurige välja seadme maksimaalne võimalik jõudlus, et mitte ületada piire; Toimingute paremaks toimimiseks ja ööpäevaringseks tööks on parem valida SLC kui MLC: - NAND-põhine SSD sobib suurepäraselt serverite kiirendamiseks, kuid pidage meeles, et see nõuab ka vaba ruumi prügi ja/ või trimmida. — SSD-ga RAID-süsteem annab suure jõudluse ja stabiilsuse, kuid kasutage spetsiaalselt SSD-de jaoks loodud raid-kontrollereid, muidu koguneb nii palju prügi, et isegi trimmi- või kogumissüsteem ei saa hakkama. Suurema vastupidavusega SSD-seadmed peavad muidugi kauem vastu: - Näiteks vali 128 GB asemel 100 GB seade, 256 GB asemel 200 GB jne. Siis teate kindlalt, et 28 või 56 ja nii edasi gigabaiti mälu on tõenäoliselt reserveeritud ruumi kulumise arvutamiseks, failide ümberkorraldamiseks ja defektsete mälurakkude jaoks. Tööstuses, tootmises või kontorites kasutamiseks on parem valida äriklassi seadmed, näiteks PCI Express (PCIe) SSD seade:

Spetsiaalselt häälestatud SSD-kontrolleriga PCIe-kaardid võivad anda väga kõrge I/O jõudluse ja hea vastupidavuse.

1989. aastal kuulutas Toshiba välja Nand Flash-mälu rahvusvahelisel tahkisahelate konverentsil. Enne seda olid ainult NOR-mälu arendused, mille peamisteks puudusteks olid töökiirus ja suur kiibipind. Peamine erinevus NAND Flashi ja Nor Flashi vahel on adresseerimisfunktsioonid, samas kui NOR Flash saab adresseerida suvalise lahtri, NAND Flash kasutab lehe adresseerimist (tavaliselt lehe suurus 528, 2112, 4224, 4304, 4320, 8576 baiti).

Tänapäeval on palju seadmeid, mis kasutavad NAND Flash-kiipe, sealhulgas erinevates andmekandjatel, nagu SSD-draivid, USB-välkmälu, erinevad välkmälukaardid (MMC, RS-MMC, MMCmicro, SD, miniSD, MicroSD, SDHC, CF, xD). , SmartMedia, Memory Stick jne)

Põhimõtteliselt on NAND Flashi andmekandjad mikrokontroller, mis tagab töö nii mälukiipidega kui ka töö erinevate seadmetega, kasutades standardites määratud liidest. Enamikus seadmetes näeb see välja nagu väike tahvel, millel asub üks või mitu TSOP-48, lühikese TSOP-48 või TLGA-52 disainiga NAND Flash-mälukiipi ja mikrokontrolleri. Miniatuursed seadmed on tavaliselt valmistatud ühe kiibi kujul, millesse on integreeritud nii Nand Flash-kiip kui ka mikrokontroller.

NAND-välkmälu peamised puudused on selle ebapiisavalt suur kiirus ja mitte väga suur arv kirjutustsükleid, mida kiip talub. Nendest probleemidest möödahiilimiseks kasutavad kontrollerite tootjad mõningaid nippe, nagu näiteks NAND Flashi kirjutamise korraldamine mitmes lõimes, et suurendada jõudlust, ja loogiliste pankade organiseerimine, mis on jagatud üsna suurteks plokkideks ning keeruka tõlkesüsteemi organiseerimine.

NAND Flashi ühtlase kulumise tagamiseks korraldavad peaaegu kõik kontrollerid aadressiruumi jaotuse loogilisteks pankadeks, mis omakorda jagunevad plokkideks (koosnevad mitmest mälulehest), tavaliselt 256-2048 plokkideks. Kontroller jälgib kirjete arvu igas plokis. Selleks, et kasutajaandmed saaksid pangasiseselt vabalt liikuda, on selleks loogiline plokkide nummerdamine, st. praktikas näeme kiipi prügimäel lugedes pilti, et kasutaja andmed üsna suurte plokkide kujul (16kb - 4mb) on kaootiliselt segunenud. Kasutajaandmetega töötamise järjekord kajastub tõlkijas tabelina, mis näitab järjestatud loogilise ruumi saamiseks plokkide konstrueerimise järjekorda.

Lugemis- ja kirjutamisoperatsioonide suurendamiseks rakendavad kontrollerite tootjad andmete paralleelsusfunktsioone, see tähendab otsest analoogiat RAID-i 0-taseme massiiviga (triibuga), vaid veidi keerukamat teostust. Praktikas näeb see välja kas plokisisese paralleelsuse (põimimine), väiksemateks alamplokkideks (tavaliselt 1 bait kuni 16 kb), samuti sümmeetriline paralleelsus (triip) NAND Flash kiibi füüsiliste pankade ja mitme kiibi vahel. .

Tasub mõista, et selle tööpõhimõttega on draivi tõlkija pidevalt muutuv tabel, peaaegu iga NAND Flashi kirjutamisega. Lähtudes NAND Flashiga töötamise põhimõttest - ploki puhvrisse lugemine, muudatuste tegemine ja ploki paika kirjutamine on ilmne, et andmetele on kõige ohtlikumad mittetäielikud kirjutamistoimingud; näiteks kui salvestatakse muudetud tõlkija. Draivide tormaka käsitsemise tagajärjel: nende äkiline eemaldamine USB-pistikust või kaardilugeja pesast salvestamise ajal võib teenuseandmete, eriti tõlketabeli hävimise oht.

Kui hooldusandmed hävivad, ei saa ajam töötada või mõnel juhul töötab see valesti. Andmete hankimine tarkvara abil ei ole tavaliselt mitmel põhjusel võimalik. Üks lahendus on jootma NAND Flash kiibid ja seejärel need vastava lugeja (programmeerija) pealt lugeda. Arvestades, et originaaltõlkija puudub või on kahjustatud, jääb NAND Flash-kiibist eraldatud dump parsimine alles. Paljud inimesed on ilmselt märganud NAND Flashi mälulehtede kummalisena näivat suurust. Seda seletatakse asjaoluga, et iga leht sisaldab lisaks kasutajaandmetele ka teenuseandmeid, mis on tavaliselt esitatud kujul 512/16; 2048/64; 4096/128; 4096/208 (on ka palju keerulisemad võimalused andmete/teenuse korraldamiseks). Teenusandmed sisaldavad erinevaid markereid (marker, plokkide numbrid loogilises pangas; ploki pööramise marker; ECC jne.) Kasutajaandmete taastamine taandub andmete paralleelstamise välistamisele plokkide sees, pankade vahel ja mälukiipide vahel, et saada tahkeid plokke. Vajadusel jäetakse ära plokisisesed rotatsioonid, ümber nummerdamised jms. Järgmine ülesanne on see plokkide kaupa kokku panna. Selle rakendamiseks on vaja selgelt mõista loogiliste pankade arvu, plokkide arvu igas loogilises pangas, kasutatud plokkide arvu igas pangas (kõiki ei kasutata), markeri asukohta teenuses andmed ja nummerdamisalgoritm. Ja alles siis koguge plokid lõplikku pildifaili, millest on võimalik kasutajaandmeid lugeda. Kogumisprotsessi ajal varitsevad lõksud mitme kandidaatploki näol ühele positsioonile lõplikus pildifailis. Pärast selle probleemiringi lahendamist saame pildifaili kasutajateabega.

Juhtudel, kui andmed ei mängi mingit rolli, kuid on soov taastada draivi enda funktsionaalsus, on parim valik teenindusandmetega seotud probleemide lahendamiseks vormindamisprotseduuri läbiviimine, kasutades draivi tootja veebisaidi patenteeritud utiliiti. Paljud utiliidid kirjutavad tegelikult ümber kogu teenuseteabe, loovad puhta tõlkija ja teostavad uue failisüsteemi loomiseks vormindamisprotseduuri. Kui tootja ei vaevunud taastamise utiliiti postitama, siis on lahenduseks otsida utiliite NAND-mälupulkade vormindamiseks “kontrolleri järgi”; viimase tuvastamine.

Pavel Jantšarski

Materjalide reprodutseerimine on lubatud ainult aktiivse lingiga originaalartiklile.