Tänään on käytössä kaksi ensisijaista haihtumattomien flash-muistilaitteiden tyyppiä: NOR- ja NAND-flash. Seuraavassa tarkastelemme NAND- ja NOR-flash-laitteiden eroja ja tutkimme NAND-flash-tyyppejä, kuten SLC-, MLC- ja TLC-tyyppejä.
Mitä on NOR-flash-muisti?
NOR-flash-muistia käytetään useimmiten sovelluksissa, joissa yksittäisiä tavuja on kirjoitettava ja luettava, ja sitä käytetään useimmiten silloin, kun tarvitaan satunnaista pääsyä (random access) ja execute-in-place-käyttötekniikoita. Koska jokainen lukukäyttö kestää yhtä kauan, peräkkäinen lukukäyttö ei ole nopeampi kuin satunnaiskäyttö. Poisto-/ohjelmointisyklit voivat usein olla pitkiä.
Nykyaikaisia NOR-flash-laitteita on saatavana megabitin ja muutaman gigabitin kapasiteetilla. Laitteesta riippuen yksittäiset tavut tai sektorit on pyyhittävä ennen tietojen kirjoittamista, ja pyyhintä- ja ohjelmointinopeudet ovat tyypillisesti alle 1 MB/s.
NOR-flash on erittäin luotettava, ja sen on tyypillisesti arvioitu säilyttävän tietojen eheyden 20 vuotta tai kauemmin.
Mikä on NAND-flash?
NAND-flash on järjestetty lohkoihin, joihin voidaan kirjoittaa, lukea tai pyyhkiä tietoja. Peräkkäisten lukukertojen aikana ensimmäisen tavun tiedon vastaanottamisen viive on paljon suurempi kuin NOR-flashissa, mutta sen jälkeen peräkkäiset tavut haetaan paljon nopeammin kuin NOR-flashissa. Tietoja kirjoitettaessa koko tietolohko voidaan siirtää NAND-flash-laitteeseen nopeasti, ja sitten lohko kirjoitetaan yhdellä kertaa. Tehokkaat luku- ja kirjoitusnopeudet sekä lohkojen pyyhkimisaika ovat paljon nopeampia kuin NOR-flashissa.
NAND-flash soveltuu parhaiten järjestelmiin, jotka suorittavat suuria peräkkäisiä tiedonhakuja, mikä sopii hyvin nykyiseen käyttöön pääasiallisena tallennuslaitteena tietokonejärjestelmissä ja käyttöjärjestelmissä, joissa on lohkoihin suuntautuneet tallennusosajärjestelmät.
Flash-kennojen fyysisen piisuunnittelun ansiosta NAND-flash-kenno vie noin 40 % vähemmän piipinta-alaa kuin NOR-flash-kenno samanlaisella prosessitekniikalla.
SLC-NAND-flash-muisti
Single Level Cell (SLC) -tekniikalla tallennetaan yksi bitti dataa kuhunkin kennoon. SLC-tekniikka tarjoaa NAND-flash-tekniikoista korkeimman luotettavuuden ja kestävyyden.
MLC- ja TLC-NAND-flash-muistit
Multi-Level Cell (MLC) -tekniikka tallentaa useamman kuin yhden bitin kuhunkin soluun, jolloin datatiheys kasvaa ja kapasiteetti kasvaa SLC-tekniikkaan verrattuna. Nykyään 2-bittinen, 3-bittinen ja jopa 4-bittinen solukohtainen MLC-flash-tekniikka on hyvin yleistä. Koska kukin solu tallentaa enemmän kuin yhden bitin, solun eri bittitulkintoja erottava jännitemarginaali pienenee, minkä vuoksi MLC-tekniikka on herkempi tietovirheille, kun latausjännite muuttuu solun sisällä ajan mittaan. Näin ollen MLC-flash-tekniikan kestävyys on paljon alhaisempi kuin SLC-flash-tekniikan.
Triple Level Cell (TLC) on MLC:n alaryhmä, joka on tarkoitettu erityisesti 3-bittiseen kennokohtaiseen toiminnallisuuteen.
Kuva 1: SLC-, MLC- ja TLC-bittien dekoodaus
Tänään on yhä vaikeampaa hankkia suurikapasiteettisia SLC-tekniikalla varustettuja NAND-flash-SSD-käytössä olevia SSD-asemia. Sen sijaan monet toimittajat pyrkivät saavuttamaan SLC-luotettavuuden ja -kestävyyden käyttämällä MLC-flash-massojen useita bittitiloja jäljitelläkseen SLC-flash-massojen luotettavuutta. Käyttämällä useita MLC-bittitiloja yhtä tehokasta SLC-bittiä kohti flash-massan tehollinen kapasiteetti SLC-tilassa on pienempi kuin raaka MLC-kapasiteetti.
Kuva 2: SLC-tilassa käytetty MLC-flash
Lue lisää NAND- ja NOR-flash-laitteista valkoisesta kirjasta Flash Memory Lifespan and Reliability: Examining the Long-Term Impacts of Reads, Temperature, and Other Factors.