Er zijn tegenwoordig twee hoofdtypen niet-vluchtige flash-geheugens in gebruik: NOR- en NAND-flash. Hieronder bekijken we de verschillen tussen NAND- en NOR-flashapparaten, en gaan we dieper in op typen NAND-flash, waaronder SLC, MLC en TLC.
Wat is NOR-flashgeheugen?
NOR-flash wordt meestal gebruikt in toepassingen waarbij afzonderlijke bytes met gegevens moeten worden geschreven en gelezen, en wordt het vaakst gebruikt waar willekeurige toegang en execute-in-place-toegangstechnieken vereist zijn. Aangezien elke leestoegang evenveel tijd in beslag neemt, is sequentiële leestoegang niet sneller dan willekeurige toegang. Erase/program cycli kunnen vaak lang zijn.
De NOR flash apparaten van vandaag zijn verkrijgbaar met capaciteiten in het megabits en lage gigabits bereik. Afhankelijk van het apparaat moeten afzonderlijke bytes of sectoren worden gewist voordat gegevens worden geschreven, met wis-/programmasnelheden die meestal lager zijn dan 1 MB/s.
NOR-flash heeft een hoge betrouwbaarheid, en wordt meestal beoordeeld om de gegevensintegriteit gedurende 20 jaar of meer te behouden.
Wat is NAND Flash?
NAND flash is gerangschikt in blokken waarin gegevens kunnen worden geschreven, gelezen of gewist. Bij sequentieel lezen is de wachttijd bij het ontvangen van de eerste byte met gegevens veel hoger dan bij NOR flash, maar daarna worden de opeenvolgende bytes met gegevens veel sneller opgehaald dan bij NOR flash. Bij het schrijven van gegevens kan een volledig blok gegevens snel naar het NAND-flashapparaat worden overgebracht, waarna het blok in één enkele bewerking wordt geschreven. De effectieve lees- en schrijfsnelheden, evenals de blokwistijden, zijn veel sneller dan bij NOR Flash.
NAND flash is het meest geschikt voor systemen met grote sequentiële gegevenstoegang, wat goed past bij het huidige gebruik als het belangrijkste opslagapparaat voor computersystemen en besturingssystemen met blokgeoriënteerde opslagsubsystemen.
Dankzij het fysieke siliciumontwerp van de flashcellen neemt een NAND-flashcel ongeveer 40% minder siliciumoppervlak in beslag dan een NOR-flashcel, voor een vergelijkbare procestechnologie.
SLC NAND Flash Memory
Single Level Cell (SLC)-technologie slaat in elke cel één bit met gegevens op. De cel slaat een 0 of een 1 op. SLC-technologie biedt de hoogste betrouwbaarheid en duurzaamheid van NAND-flashtechnologieën.
MLC en TLC NAND Flash Memory
Multi-Level Cell (MLC)-technologie slaat meer dan één bit op in elke cel, wat resulteert in een toename van de gegevensdichtheid en dus een hogere capaciteit dan SLC-technologie. Tegenwoordig is 2-bit, 3-bit en zelfs 4-bit per cel MLC flash-technologie heel gebruikelijk. Aangezien elke cel meer dan slechts één bit opslaat, is de spanningsmarge tussen de verschillende bitinterpretaties van een cel kleiner, waardoor MLC-technologie gevoeliger is voor gegevensfouten wanneer de laadspanning binnen een cel in de loop van de tijd verandert. Dienovereenkomstig heeft MLC-flashtechnologie een veel lager uithoudingsvermogen dan SLC-flashtechnologie.
Triple Level Cell (TLC) is een subset van MLC, specifiek voor 3-bits per celfunctionaliteit.
Figuur 1: SLC, MLC, TLC Bit Decoding
Heden ten dage wordt het steeds moeilijker om NAND-flash SSD’s met een hoge capaciteit te verkrijgen met SLC-technologie. In plaats daarvan bereiken veel leveranciers SLC-betrouwbaarheid en -duurzaamheid door meerdere bit-states van MLC-flash-arrays te gebruiken om de betrouwbaarheid van SLC-flash-arrays na te bootsen. Door meerdere MLC-bit-states per effectieve SLC-bit te gebruiken, is de effectieve capaciteit van de flash-array in SLC-modus minder dan de ruwe MLC-capaciteit.
Figuur 2: MLC-flash gebruikt in SLC-modus
Lees meer over NAND- en NOR-flashapparaten in onze whitepaper, Levensduur en betrouwbaarheid van flashgeheugen: Examining the Long-Term Impacts of Reads, Temperature, and Other Factors.