NAND Flash SLC, MLC, TLC, QLC SSD чиптерінің әртүрлі сорттары арасындағы айырмашылықты түсініңіз

NAND Flash-тің толық атауы - Flash жады, ол тұрақты жад құрылғысына (Non-volatile Memory Device) жатады.Ол қалқымалы қақпаның транзисторлық дизайнына негізделген және зарядтар қалқымалы қақпа арқылы бекітіледі.Қалқымалы қақпа электрлік оқшауланғандықтан, қақпаға жеткен электрондар кернеу жойылғаннан кейін де ұсталады.Бұл жарқылдың құбылмалы еместігінің негізі.Деректер мұндай құрылғыларда сақталады және қуат өшірілсе де жоғалмайды.
Әртүрлі нанотехнологияларға сәйкес, NAND Flash SLC-ден MLC-ге, содан кейін TLC-ке өтуді бастан кешірді және QLC-ге қарай жылжуда.NAND Flash үлкен сыйымдылығы мен жылдам жазу жылдамдығына байланысты eMMC/eMCP, U дискі, SSD, автомобиль, Интернет заттары және басқа салаларда кеңінен қолданылады.

SLC (ағылшынша толық атауы (Single-Level Cell – SLC) – бір деңгейлі сақтау орны
SLC технологиясының ерекшелігі қалқымалы қақпа мен көз арасындағы оксидті қабықшаның жұқа болуы болып табылады.Деректерді жазу кезінде сақталған зарядты қалқымалы қақпаның зарядына кернеуді қолдану арқылы, содан кейін көзден өту арқылы жоюға болады., яғни 0 және 1 кернеудің екі өзгеруі ғана 1 ақпараттық блокты, яғни 1 бит/ұяшықты сақтай алады, ол жылдам жылдамдықпен, ұзақ қызмет мерзімімен және күшті өнімділігімен сипатталады.Кемшілігі - қуаттылығы төмен және құны жоғары.

MLC (ағылшынша толық атауы Multi-Level Cell – MLC) — көп қабатты жад
Intel (Intel) алғаш рет 1997 жылдың қыркүйегінде MLC сәтті әзірледі. Оның қызметі қалқымалы қақпаға (заряд флэш-жад ұяшығында сақталатын бөлік) екі бірлікті ақпаратты сақтау, содан кейін әртүрлі потенциалдардың зарядын пайдалану (деңгей) ), Жадта сақталған кернеуді басқару құралы арқылы дәл оқу және жазу.
Яғни, 2бит/ұяшық, әрбір ұяшық бірлігі 2биттік ақпаратты сақтайды, күрделірек кернеуді басқаруды қажет етеді, 00, 01, 10, 11 төрт өзгерісі бар, жылдамдық жалпы орташа, қызмет ету мерзімі орташа, бағасы орташа, шамамен Өшіру және жазу мерзімі 3000—10000 рет. MLC кернеу дәрежесінің үлкен санын пайдалану арқылы жұмыс істейді, әрбір ұяшық екі бит деректерді сақтайды, ал деректер тығыздығы салыстырмалы түрде үлкен және бір уақытта 4 мәннен артық сақтай алады.Сондықтан, MLC архитектурасы жақсырақ сақтау тығыздығына ие болуы мүмкін.

TLC (ағылшынша толық атауы Trinar-Level Cell) — үш деңгейлі сақтау орны
TLC әр ұяшыққа 3 бит.Әрбір ұяшық бірлігі MLC-ге қарағанда 1/2 көбірек деректерді сақтай алатын 3 биттік ақпаратты сақтайды.000-ден 001-ге дейінгі кернеудің 8 түрі өзгереді, яғни 3бит/ұяшық.Сондай-ақ 8LC деп аталатын Flash өндірушілері бар.Қажетті қол жеткізу уақыты ұзағырақ, сондықтан тасымалдау жылдамдығы баяу.
TLC артықшылығы мынада: бағасы арзан, бір мегабайт үшін өндіру құны ең төмен және бағасы арзан, бірақ қызмет ету мерзімі қысқа, тек шамамен 1000-3000 өшіру және қайта жазу мерзімі, бірақ қатты сыналған TLC бөлшектері SSD мүмкін. әдетте 5 жылдан астам пайдаланылуы мүмкін.

QLC (ағылшынша толық атауы Quadruple-Level Cell) төрт қабатты сақтау құрылғысы
QLC-ті 4биттік MLC, төрт қабатты сақтау бірлігі, яғни 4бит/ұяшық деп те атауға болады.Кернеудің 16 өзгерісі бар, бірақ сыйымдылықты 33% арттыруға болады, яғни TLC-пен салыстырғанда жазу өнімділігі мен өшіру мерзімі одан әрі қысқарады.Арнайы өнімділік сынағында магний эксперименттер жасады.Оқу жылдамдығы бойынша SATA интерфейстерінің екеуі де 540 МБ/С жетуі мүмкін.QLC жазу жылдамдығында нашаррақ жұмыс істейді, өйткені оның P/E бағдарламалау уақыты MLC және TLC қарағанда ұзағырақ, жылдамдығы баяу және үздіксіз жазу жылдамдығы 520 МБ/с-тан 360 МБ/с дейін, кездейсоқ өнімділік 9500 IOPS-тен 5000-ге дейін төмендеді. IOPS, жартысына жуық жоғалту.

PS: Әрбір ұяшық бірлігінде неғұрлым көп деректер сақталса, аудан бірлігінің сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады, бірақ сонымен бірге бұл әртүрлі кернеу күйлерінің жоғарылауына әкеледі, бұл басқару қиынырақ, сондықтан NAND Flash чипінің тұрақтылығы. нашарлайды және қызмет ету мерзімі қысқарады, әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.

(NAND Flash оқу және жазу мерзімі тек анықтама үшін берілген)
NAND флэш-жадының төрт түрінің өнімділігі әртүрлі екенін байқау қиын емес.SLC бірлігінің сыйымдылығының құны NAND флэш жады бөлшектерінің басқа түрлеріне қарағанда жоғары, бірақ оның деректерді сақтау уақыты ұзағырақ және оқу жылдамдығы жылдамырақ;QLC үлкен сыйымдылыққа және төмен құнына ие, бірақ оның төмен сенімділігі мен ұзақ өмір сүруіне байланысты Кемшіліктер мен басқа да кемшіліктерді әлі де дамыту қажет.

Өндіріс құны, оқу және жазу жылдамдығы және қызмет ету мерзімі тұрғысынан төрт санаттың рейтингі:
SLC>MLC>TLC>QLC;
Қазіргі негізгі шешімдер MLC және TLC болып табылады.SLC негізінен жоғары жылдамдықты жазу, қателік деңгейі төмен және ұзақ мерзімділікпен әскери және кәсіпорын қолданбаларына бағытталған.MLC негізінен тұтынушы деңгейіндегі қолданбаларға бағытталған, оның сыйымдылығы SLC-ден 2 есе жоғары, арзан, USB флэш-дискілеріне, ұялы телефондарға, сандық камераларға және басқа жад карталарына жарамды, сонымен қатар бүгінгі күні тұтынушы деңгейіндегі SSD-де кеңінен қолданылады. .

NAND флэш жадын екі санатқа бөлуге болады: әртүрлі кеңістіктік құрылымдарға сәйкес 2D құрылымы және 3D құрылымы.Қалқымалы қақпа транзисторлары негізінен 2D FLASH үшін пайдаланылады, ал 3D флэш негізінен CT транзисторлары мен қалқымалы қақпаны пайдаланады.Жартылай өткізгіш, КТ - изолятор, екеуі табиғаты мен принципі бойынша әртүрлі.Айырмашылығы мынада:

2D құрылымы NAND Flash
Жад ұяшықтарының 2D құрылымы тек чиптің XY жазықтығында орналасқан, сондықтан 2D флэш технологиясын пайдалана отырып, сол пластинада жоғары тығыздыққа жетудің жалғыз жолы - процесс түйінін қысқарту.
Кемшілігі - NAND жарқылындағы қателер кішірек түйіндер үшін жиі кездеседі;бұдан басқа, қолдануға болатын ең кіші технологиялық түйінге шектеу бар және сақтау тығыздығы жоғары емес.

NAND Flash 3D құрылымы
Сақтау тығыздығын арттыру үшін өндірушілер 3D NAND немесе V-NAND (тік NAND) технологиясын әзірледі, ол жад ұяшықтарын Z-жазықтығында бір пластинаға жинайды.

3D NAND жарқылында жад ұяшықтары 2D NAND жүйесінде көлденең жолдар емес, тік жолдар ретінде қосылады және осылайша құрастыру сол чип аймағы үшін жоғары бит тығыздығына қол жеткізуге көмектеседі.Алғашқы 3D Flash өнімдерінде 24 қабат болды.