انواع تکنولوژی NAND FLASH در SSD

تکنولوژی NAND FLASH

اگر تا به حال کاتالوگ محصولات یک شرکت ذخیره سازی فلش صنعتی را مرور کرده باشید، احتمالاً با اختصارات SLC، MLC و TLC برخورد کرده اید. اما همه این اختصارات به چه معناست و چه تفاوتی با هم دارند؟

تکنولوژی nand flash

همه SSD ها یکسان ساخته نمی شوند. تفاوت‌های زیادی در توانایی کار در دما، در محیط‌های ضعیف، تحت سیکل‌های کاری بالا وجود دارد .

رایج ترین اشتباهی که برخی مهندسان مرتکب می شوند این است که معتقدند همه SSD ها به یک اندازه قابل اعتماد هستند و بنابراین، فقط بر هزینه، عملکرد و ظرفیت بالا تمرکز می کنند. اگر تست عمر سریع برای قضاوت در مورد طول عمر انجام نشود، یک SSD با استقامت پایین و کارایی بالا ممکن است در آزمایشگاه عالی عمل کند. اما، به محض ورود به میدان، هویت واقعی SSD آشکار می‌شود و خرابی‌ها شروع می‌شوند

چندین ویژگی کلیدی SSD وجود دارد که درجه آنها را تعیین می کند. نوع NAND اولین و مهمترین نوع فلاش NAND مورد استفاده است. انواع مختلفی برای انتخاب وجود دارد که از نظر قابلیت اطمینان بسیار متفاوت هستند که بر هزینه ها تأثیر می گذارد. همانطور که در MLC و TLC NAND، بیت‌های بیشتری در هر سلول ذخیره شده در یک سلول فیزیکی کوچک‌تر باقی می‌ماند. نوار محافظ بین سلول ها این باند محافظ پایین باعث می‌شود که سلول در برابر دمای شدید، شرایط سقط نوشتن، بیت‌های برگردانده شده، خرابی داده‌ها، گفتگوی متقاطع سلولی و سایر عوامل مستعدتر شود.

همه چیز درباره C(ell)

در ابتدای امر این اصطلاحات مخفف چه چیزی هستند؟

SLC: سلول تک سطحی

MLC: سلول چند سطحی

TLC: سلول سه سطحی

iSLC: سلول تک سطحی Innodisk

به زبان ساده، SLC، MLC و TLC سه نوع متمایز از معماری سلول حافظه را نشان می دهند که هر کدام دارای مجموعه ای از نقاط قوت و ضعف خود هستند. همچنین iSLC وجود دارد که کمی متفاوت است که به طور جداگانه به بررسی آن خواهیم پرداخت.

SLC چیست

SLC مخفف عبارت Single Level Cell است و به معنای ذخیره یک بیت در هر سلول است. به دلیل ذخیره شدن تنها یک بیت در سلول و ابعاد  بزرگ‌تر تولید در سلول NAND SLC، آنها اصولا قابل اعتمادتر از سایر تکنولوژی های flash NAND دیگری هستند.

دستگاه های ذخیره سازی فلش داده ها – یک و صفر – را در سلول های حافظه ذخیره می کنند. این سیستم بر اساس ولتاژ موجود در سلول تعیین می کند که یک سلول دارای یک یا صفر باشد. در فلش SLC NAND، فلاش شارژ کمتر را یک و شارژ بیشتر را صفر تفسیر می کند. هر سلول حافظه یک یا صفر دارد، یعنی یک بیت داده.

هنگام استفاده از معماری سلول تک سطحی(SLC)، تنها یک راه برای افزایش ظرفیت در دستگاه ذخیره سازی فلش وجود دارد،آن هم  افزایش تعداد سلول های حافظه است.

MLC  چیست ؟

معماری سلول چند سطحی (MLC) این چالش را با اجازه دادن به هر سلول برای ذخیره دو برابر حالت عادی شارژ ذخیره کنند. برخلاف معماری SLC،

فلاش MLC بین چهار حالت شارژ مختلف تفاوت قائل می‌شود و هر کدام را به عنوان یک رشته داده 2 بیتی تفسیر می‌کند (11، 01، 00، 10) – به هر سلول اجازه می‌دهد دو برابر بیشتر از فلش SLC اطلاعات ذخیره کند. به عبارت دیگر، تعداد سلول هایی که می توانند 8 گیگابایت داده را در هنگام استفاده از SLC ذخیره کنند، در هنگام استفاده از فلش MLC می توانند 16 گیگابایت را ذخیره کنند.

pSLC مخفف Pseudo Single Level Cell است و یک جزء NAND MLC (سلول چند سطحی) است که فقط از حالت های بالا و پایین سلول استفاده می کند.

TCL  چیست ؟

TLC مخفف Tri Level Cell است و به معنای ذخیره ولتاژ در 8 سطح مختلف در سلول برای نمایش 3 بیت

(000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، 111) است. آنها از کم هزینه ترین NAND flash استفاده می کنند که امروزه TLC NAND نامیده می شوند.

با معماری سلول سه‌گانه، فلاش می‌تواند دو برابر تعداد شارژهای سلولی نسبت به MLC یا چهار برابر بیشتر از SLC را ردیابی کند. که نتیجه کار افزایش 50 درصدی ظرفیت ذخیره سازی بدون افزایش تعداد سلول ها در مقایسه با حافظه MLC است.

همان طور که گفته شد در سلول‌های سطح سه‌گانه، هشت حالت شارژ احتمالی وجود دارد که در نتیجه ظرفیت ذخیره‌سازی 50 درصد بیشتر از MLC است.

مزایا و معایب SLC، MLC و TLC

اگر تا کنون دقت کرده باشید، ممکن است متوجه شده باشید که با هر جهش تکنولوژیکی و بهبود ، ظرفیت افزایش  می یابد. با رفتن از SLC به MLC، ظرفیت به میزان خیره کننده 100 درصد افزایش یافت، اما رفتن از TLC به QLC به معنای افزایش 33 درصدی ظرفیت بسیار کمتر بود. سلول های سطح پنتا (PLC)، فناوری معرفی شده در سال 2019، پس از دو برابر شدن مجدد تعداد حالت های شارژ سلول، 25 درصد افزایش ظرفیت در مقایسه با QLC به ارمغان می آورد.

هر افزایش در تعداد حالت های شارژ سلولی با اشکالاتی همراه است. در واقع، فناوری بسیار قدیمی‌تر SLC هنوز از بسیاری جهات از فناوری‌های جدیدتر مانند MLC و TLC برتری دارد.

چهارمین معماری جدید، QLC، مفهوم افزایش تعداد حالت‌های شارژ را حتی بیشتر می‌کند و مجموع را به هشت حالت و 33 درصد ظرفیت بالاتر از TLC می‌رساند.

در نگاه اول، رفتن از SLC به TLC (و فراتر از آن) غیرممکن به نظر می رسید. به نظر می رسد ظرفیت حافظه بیشتر با تعداد سلول یکسان، راهی ایده آل برای جمع و جور نگه داشتن چیزها در عین حصول اطمینان از کاهش هزینه هر گیگابایت باشد.

اگرچه درست است که جهش های تکنولوژیکی به سمت MLC، TLC و QLC منجر به ظرفیت های بالاتر و ارزان تر شدن دستگاه های ذخیره سازی فلش نسبت به قبل شده است، اما اشکالاتی نیز وجود دارد.

توضیح تکنولوژی  NAND FLASH ها با استفاده از کتاب

شما می توانید سلول فلش مموری را به عنوان یک کتاب در نظر بگیرید. “کتاب” SLC فقط دو صفحه دارد (یک و صفر)، بنابراین یافتن صفحه مشخص شده (سطح شارژ) با کمی ورق می خوردن همراه است . در همین حال، با TLC، ضخامت کتاب تقریباً یکسان است، اما دارای هشت صفحه نازک است – هر کدام سه برابر تعداد کاراکترهای موجود در کتاب SLCمی باشند. از آنجایی که صفحات بسیار نازک تر هستند، به راحتی پاره می شوند، و از آنجایی که اطلاعات بسیار بیشتری برای ورق زدن وجود دارد، یافتن و خواندن صفحه اختصاص داده شده زمان بیشتری می برد.

این یک مقایسه ناقص است اما برخی از چالش‌ها را هنگام رفتن از SLC به MLC، TLC و فراتر از آن نشان می‌دهد. با هر افزایش در تعداد حالت های شارژ سلول، زمان خواندن و نوشتن افزایش می یابد. کاهش اختلاف ولتاژ کوچک بین هر حالت شارژ سلولی همچنین به این معنی است که قبل از اینکه یکپارچگی داده به خطر بیفتد، فرسودگی و پارگی جزئی می‌یابد. در همین حال، در SLC، تنها دو حالت بار سلولی وجود دارد، که باعث می‌شود نشت الکترون برای تغییر حالت بار سلولی بسیار کمتر از MLC، TLC و غیره با متراکم‌تر باشد.

مقایسه تکنولوژی NAND FLASH

با نگاهی به نمودار بالا، SLC برای همه چیز به جز ظرفیت، برنده واضح به نظر می رسد، در حالی که اگر ظرفیت توجه اولیه باشد، TLC و هر چیزی که بعد از آن می آید باید بهترین انتخاب باشد. با این حال، در عمل، چیزها ظریف تر از این هستند.

بسته به مکان و نحوه استفاده از دستگاه ذخیره سازی فلش، هر یک از انواع فلاش ممکن است مناسب ترین آنها باشد.

MLC، اگرچه شاید در هیچ چیز “بهترین” نباشد (حداقل در تصویر ساده ما در بالا)، تعادل عالی بین نقاط قوت SLC و TLC ارائه می دهد.

در همین حال، TLC، با تعداد کمی از چرخه‌های P/E، برای بارهای کاری سنگین برای نوشتن، برای مثال در یک راه‌اندازی نظارت (که در آن SLC مناسب‌تر است) واجد شرایط نیست. با این حال، در میزبانی ویدیویی، به عنوان مثال برای پخش جریانی، TLC ممکن است یک جایگزین عالی باشد زیرا فایل‌ها در موارد نادری قبل از خواندن هر چند وقت یکبار در هنگام پخش فایل‌های ویدیویی روی درایو نوشته می‌شوند.

فراتر از انواع فلش: iSLC و بیشتر

در حالی که تفاوت‌های بین انواع فلاش واضح است، واقعیت در بازار ذخیره‌سازی در NAND FLASH این است که وقتی متوجه می‌شوید که دستگاه ذخیره‌سازی ایده‌آل برای برنامه‌تان چیست، عوامل بسیار بیشتری نقش دارند. به عنوان مثال، پیشرفت‌های سخت‌ افزار می‌توانند ویژگی‌ها و عملکرد دستگاه‌های فلش را به‌طور قابل توجهی تغییر دهند و از بهینه‌سازی آن‌ها برای محیط‌های کاری خود اطمینان حاصل کنند.

همچنین انواع شبه فلاش مانند فناوری iSLC اختصاصی   وجود دارد که مزایای انواع فلاش های مختلف را برای ایجاد یک ارزش پیشنهادی کاملاً جدید ترکیب می کند. به عنوان مثال، iSLC از فلش MLC استفاده می کند اما – درست مانند SLC – فقط یک بیت اطلاعات را در هر سلول ذخیره می کند. این معماری منحصربه‌فرد به فلاش MLC ارزان‌تر اجازه می‌دهد تا برخی از مزایای فلاش SLC، به عنوان مثال، عملکرد بهتر و استقامت بالاتر را به دست آورد. در حالی که از نظر فنی هنوز یک نوع فلاش MLC است، iSLC به وضوح نشان می‌دهد که چرا با همه دستگاه‌های ذخیره‌سازی فلش با انواع فلاش یکسان به‌طور کامل قابل مقایسه رفتار نمی‌شود.

انواع SSD مناسب برای سرور اچ پی

با توجه به تمامی توضیحات بالا به جمع بندی کلی خواهیم رسید کدام تکنولوژی NAND FLASH ها  در SSD مناسب استوریج ها و سرور های اچ پی می باشند .

تا کنون سرور ها و استوریج های اچ پی تولید شده قابلیت پشتیبانی از SLC ، TLC و QLC را نداشته و عموما فقط قالیت جایگذاری MLC .فقط تعداد معدودی از استوریج ها هستند که امکان جایگذاری درایو های slc بر روی آنها وجود دارد .

SLC ها عمدتا برای مصارف حساس مانند اپلیکشن های آنالیز آب و هوا و… که نیازمند ERRORE RATE پایین و سرعت بالاتر

نتیجه گیری

انواع تکنولوژی NAND FLASH مانند SLC، MLC و TLC اساساً معماری های متفاوتی دارند و مقادیر متفاوتی از داده را در هر سلول ذخیره می کنند.

به طور کلی، فلاش SLC بهترین عملکرد را دارد در حالی که فلاش با چگالی بالاتر مانند TLC ارزان تر است و ظرفیت بالاتری دارد.

iSLC برخی از مزایای فلاش MLC و SLC را ترکیب می کند

انتخاب نوع فلاش کاملاً به نحوه و مکان استفاده از دستگاه ذخیره سازی فلش بستگی دارد.

به این مقاله امتیاز دهید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.