Es gibt zwei Haupttypen von nichtflüchtigen Flash-Speichergeräten, die heute verwendet werden: NOR- und NAND-Flash. Im Folgenden werden die Unterschiede zwischen NAND- und NOR-Flash-Geräten erläutert und die Typen von NAND-Flash, einschließlich SLC, MLC und TLC, vorgestellt.
Was ist NOR-Flash-Speicher?
NOR-Flash wird am häufigsten in Anwendungen verwendet, bei denen einzelne Datenbytes geschrieben und gelesen werden müssen, und wird am häufigsten dort eingesetzt, wo Zufallszugriffs- und Execute-in-Place-Zugriffstechniken erforderlich sind. Da jeder Lesezugriff die gleiche Zeit in Anspruch nimmt, ist der sequenzielle Lesezugriff nicht schneller als der zufällige Zugriff. Lösch-/Programmierzyklen können oft lang sein.
Heute sind NOR-Flash-Bausteine mit Kapazitäten im Megabit- und niedrigen Gigabit-Bereich erhältlich. Je nach Gerät müssen einzelne Bytes oder Sektoren vor dem Schreiben von Daten gelöscht werden, wobei die Lösch-/Programmiergeschwindigkeiten in der Regel unter 1 MB/s liegen.
NOR-Flash hat eine hohe Zuverlässigkeit und ist in der Regel so ausgelegt, dass die Datenintegrität für 20 Jahre oder länger erhalten bleibt.
Was ist NAND-Flash?
NAND-Flash ist in Blöcken angeordnet, in denen Daten geschrieben, gelesen oder gelöscht werden können. Bei sequentiellen Lesevorgängen ist die Latenzzeit beim Empfang des ersten Datenbytes viel höher als bei NOR-Flash, aber dann werden aufeinanderfolgende Datenbytes viel schneller abgerufen als bei NOR-Flash. Beim Schreiben von Daten kann ein kompletter Datenblock schnell auf das NAND-Flash-Gerät übertragen werden, und der Block wird dann in einem einzigen Vorgang geschrieben. Die effektiven Lese- und Schreibgeschwindigkeiten sowie die Blocklöschzeiten sind viel schneller als bei NOR-Flash.
NAND-Flash eignet sich am besten für Systeme, die einen großen sequentiellen Datenzugriff durchführen, was gut zu der heutigen Verwendung als Hauptspeichergerät für Computersysteme und Betriebssysteme mit blockorientierten Speichersubsystemen passt.
Durch das physikalische Siliziumdesign der Flash-Zellen nimmt eine NAND-Flash-Zelle bei ähnlicher Prozesstechnologie etwa 40 % weniger Siliziumfläche ein als eine NOR-Flash-Zelle.
SLC-NAND-Flash-Speicher
Die SLC-Technologie (Single Level Cell) speichert ein Datenbit in jeder Zelle. Die Zelle speichert entweder eine 0 oder eine 1. Die SLC-Technologie bietet die höchste Zuverlässigkeit und Ausdauer unter den NAND-Flash-Technologien.
MLC- und TLC-NAND-Flash-Speicher
Multi-Level-Cell (MLC)-Technologie speichert mehr als ein Bit in jeder Zelle, was zu einer höheren Datendichte und damit zu einer höheren Kapazität als bei der SLC-Technologie führt. Heute sind 2-Bit-, 3-Bit- und sogar 4-Bit-MLC-Flash-Technologien pro Zelle weit verbreitet. Da jede Zelle mehr als nur ein Bit speichert, verringert sich die Spannungsspanne zwischen den verschiedenen Bit-Interpretationen einer Zelle, so dass die MLC-Technologie anfälliger für Datenfehler ist, wenn sich die Ladespannung innerhalb einer Zelle im Laufe der Zeit ändert. Dementsprechend hat die MLC-Flash-Technologie eine viel geringere Ausdauer als die SLC-Flash-Technologie.
Triple Level Cell (TLC) ist eine Untergruppe von MLC, speziell für die 3-Bit-pro-Zelle-Funktionalität.
Abbildung 1: SLC-, MLC-, TLC-Bit-Dekodierung
Heute wird es immer schwieriger, NAND-Flash-SSDs mit hoher Kapazität und SLC-Technologie zu beziehen. Stattdessen erreichen viele Anbieter die SLC-Zuverlässigkeit und -Ausdauer durch die Verwendung mehrerer Bit-States von MLC-Flash-Arrays, um die Zuverlässigkeit von SLC-Flash-Arrays zu imitieren. Durch die Verwendung mehrerer MLC-Bit-States pro effektivem SLC-Bit ist die effektive Kapazität des Flash-Arrays im SLC-Modus geringer als die rohe MLC-Kapazität.
Abbildung 2: MLC-Flash im SLC-Modus
Lesen Sie mehr über NAND- und NOR-Flash-Geräte in unserem Whitepaper Flash Memory Lifespan and Reliability: Untersuchung der langfristigen Auswirkungen von Lesevorgängen, Temperatur und anderen Faktoren.