فلاش ناند كيف يعمل. ذاكرة متنقله. أقراص الحالة الصلبة. أنواع ذاكرة الفلاش. شريحة ذاكرة. إدارة كتلة تالفة

65 نانومتر هو الهدف التالي لمصنع Zelenograd Angstrem-T ، والذي سيكلف 300-350 مليون يورو. ذكرت فيدوموستي هذا الأسبوع نقلاً عن ليونيد ريمان ، رئيس مجلس إدارة المصنع ، أن الشركة قدمت بالفعل طلبًا للحصول على قرض ميسر لتحديث تقنيات الإنتاج إلى Vnesheconombank (VEB). تستعد Angstrem-T الآن لإطلاق خط إنتاج رقائق بطوبولوجيا 90 نانومتر. ستبدأ مدفوعات قرض VEB السابق ، الذي تم شراؤه من أجله ، في منتصف عام 2017.

انهارت بكين وول ستريت

شهدت المؤشرات الأمريكية الرئيسية الأيام الأولى من العام الجديد بانخفاض قياسي ، وقد حذر الملياردير جورج سوروس بالفعل من أن العالم ينتظر تكرار أزمة عام 2008.

تم إطلاق أول معالج استهلاكي روسي Baikal-T1 بسعر 60 دولارًا في الإنتاج الضخم

تعد شركة بايكال للإلكترونيات في بداية عام 2016 بالانطلاق الإنتاج الصناعيتكلفة المعالج الروسي Baikal-T1 حوالي 60 دولارًا. يقول المشاركون في السوق إن الأجهزة ستكون مطلوبة إذا تم إنشاء هذا الطلب من قبل الدولة.

ستقوم MTS و Ericsson بتطوير وتنفيذ 5G بشكل مشترك في روسيا

وقعت PJSC "Mobile TeleSystems" و Ericsson اتفاقيات للتعاون في تطوير وتنفيذ تكنولوجيا 5G في روسيا. في المشاريع التجريبية، بما في ذلك خلال كأس العالم 2018 ، تعتزم MTS اختبار تطوير البائع السويدي. في بداية العام المقبل ، سيبدأ المشغل حوارًا مع وزارة الاتصالات والإعلام حول التشكيل متطلبات تقنيةللجيل الخامس من الاتصالات المتنقلة.

سيرجي تشيميزوف: Rostec هي بالفعل واحدة من أكبر عشر شركات هندسية في العالم

في مقابلة مع RBC ، أجاب رئيس Rostec ، سيرجي تشيميزوف ، على أسئلة ملحة: حول نظام Platon ، وتحدث عن مشاكل وآفاق AVTOVAZ ، ومصالح شركة State Corporation في صناعة الأدوية ، عن التعاون الدولي تحت ضغط العقوبات ، والاستيراد. الاستبدال وإعادة التنظيم واستراتيجيات التنمية والفرص الجديدة في الأوقات الصعبة.

Rostec "محمية" وتتعدى على أمجاد Samsung و General Electric

وافق مجلس الإشراف على Rostec على "استراتيجية التنمية حتى عام 2025". وتتمثل المهام الرئيسية في زيادة حصة المنتجات المدنية عالية التقنية واللحاق بركب جنرال إلكتريك وسامسونج في المؤشرات المالية الرئيسية.

طريقة سهلة لتسريع جهاز الكمبيوتر الخاص بك هي تثبيت محرك أقراص SSD عليه. لقد تحدثنا بالفعل عن ذلك في إحدى المقالات السابقة. تأتي محركات الأقراص هذه في عدة أنواع ، وأود تخصيص مقال اليوم لذلك. الأول هو محرك أقراص الحالة الصلبة SATA ، وعادة ما يكون في عامل الشكل 2.5 بوصة ، وهو حل متعدد الاستخدامات مع سرعة جيدة جدًا وسعر معقول إلى حد ما.

إنه مناسب لأي كمبيوتر ، تقريبًا أي كمبيوتر محمول (هناك استثناءات ، مثل طرازات SONY ، التي تستخدم قرص عامل الشكل مقاس 1.8 بوصة). بعد ذلك في القائمة لدينا PCI ، ولا سيما الانتباه إلى PCI 3.0 SSDs - لديهم بسيط سرعة مجنونة وقد تتفاجأ من الأداء الذي تحصل عليه مع محركات الأقراص هذه.

ولكن ، مثل كل الأشياء الجيدة ، لديهم عيب واحد - سعر مرتفع إلى حد ما ، والذي غالبًا ما يكون أعلى مرتين أو حتى 3 مرات من محركات أقراص SATA 2.5 SSD التقليدية. هناك أيضًا mSATA (في الصورة أدناه) ، وهو اختصار لـ "mini SATA" ، وغالبًا ما يتم استخدامه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، ومع ذلك ، من حيث السرعة ، لا تختلف محركات الأقراص هذه عن SATA 2 التقليدية ، أي أنها كذلك نفس الشيء ، ولكن في شكل أصغر - عامل.

انظر إلى أي مدى يكون mSATA SSD أصغر (أخضر لوحة الدوائر المطبوعةأعلى) مقارنة بمحركات الأقراص الثابتة التقليدية مقاس 2.5 بوصة

من الجدير بالذكر أن هناك محركات أقراص صلبة (SSD) حصريًا لشركة Apple (لقد ظلت "شخصيات" منفصلة هنا أيضًا) ، وهي أغلى ثمناً ، على الرغم من أنها لا تختلف في الأداء عن نفس محركات أقراص الحالة الصلبة PCI SSD. يمكن أن تكون سرعة الكتابة هنا 700 ميجابت / ثانية - وهو مؤشر أنيق.

إذا كنت ترغب في شراء SSD لنفسك ، فسيتعين عليك على أي حال الاختيار بين إصدارات SATA و PCI ، وهناك بالفعل سؤال يتعلق بالسعر. إذا كنت تقضي الكثير من الوقت على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، فتأكد من تجربة إصدار PCI من محرك الأقراص. نظرًا لأنه ينتقل في حد ذاته إلى مصفوفة RAID (هذا عندما يتم توصيل محركي أقراص ثابتة في محرك واحد ، تقريبًا) ، في هذه الحالة ، تتم قراءة المعلومات من جهازين في وقت واحد ، مما يؤدي إلى تسريع النظام بمقدار مرتين بالضبط.

PCI SSD - مثبت داخل وحدة نظام الكمبيوتر

هذا ، على سبيل المثال ، يتم تثبيت نفس Windows على الفور على محركي أقراص فلاش (شريحتين مختلفتين) وقراءتهما في نفس الوقت ، وهو حل رائع حقًا لزيادة أداء الكمبيوتر ، أوصي بالتأكيد بشرائه.

إذا كنت ترغب فقط في تسريع جهاز الكمبيوتر القديم الخاص بك بطريقة أو بأخرى ، والذي قد تخطط قريبًا لتغييره إلى شيء أكثر إنتاجية ، أو ترغب فقط في تجربة محرك أقراص الحالة الصلبة لأول مرة ، فأنا أوصي بالتأكيد بأخذ SATA المألوف والمختبر بالوقت. 2 .5 SSD.

MLC أو TLC - أيهما أفضل للاختيار لجهاز الكمبيوتر الخاص بك؟ يتحدث جميع المستخدمين الذين استخدموا محرك أقراص الحالة الصلبة (ذاكرة SSD) بشكل إيجابي حول هذا الموضوع. بفضله ، يتم تحميل التطبيقات المفضلة لديك بشكل أسرع ، وتزداد الكفاءة الإجمالية للنظام. بالإضافة إلى ذلك ، تعد محركات الأقراص هذه أكثر متانة ومتانة من محركات الأقراص الثابتة التقليدية. لكن لماذا بعض أنواع الذاكرة أغلى من غيرها؟ للإجابة على هذا السؤال ، عليك أن تفهم التنظيم الداخليمحركات من هذا النوع.

يمكن تقسيم لوحة SSD إلى 3 كتل رئيسية:

1. ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد (يجب عدم الخلط بينها وبين NOR Flash). يستخدم هذا الجزء لتخزين البيانات في وحدات غير متطايرة لا تتطلب طاقة ثابتة من التيار الكهربائي.
2. نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج. كمية صغيرة من الذاكرة المتطايرة التي تحتاج إلى طاقة لتخزين البيانات. تُستخدم لتخزين المعلومات مؤقتًا للوصول إليها في المستقبل. هذا الخيار غير متوفر في جميع محركات الأقراص.
3. مراقب. يعمل كوسيط ، يربط ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد وجهاز كمبيوتر. تحتوي وحدة التحكم أيضًا على برنامج ثابت يساعد في إدارة SSD.

ذاكرة NAND ، على عكس NOR ، مبنية من العديد من الخلايا التي تحتوي على وحدات بت يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها بواسطة الشحنات الكهربائية. يمثل تنظيم هذه الخلايا القابلة للتحويل البيانات المخزنة على SSD. يتم تحديد عدد البتات في هذه الخلايا أيضًا حسب نوع الذاكرة. على سبيل المثال ، في خلية أحادية المستوى (SLC) ، تحتوي الخلية على 1 بت. تُستخدم محركات NOR بشكل شائع في أجهزة الشبكة.

السبب في احتواء شريحة SLC على قدر صغير من الذاكرة هو صغر حجمها المادي مقارنة بمكونات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الأخرى. لا تنس أن لوحة الدوائر المطبوعة تتضمن وحدة تحكم وذاكرة DDR وذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد ، والتي يجب وضعها بطريقة ما داخل وحدة نظام الكمبيوتر. تضاعف ذاكرة MLC NAND عدد وحدات البت لكل خلية ، بينما تتضاعف TLC ثلاث مرات. هذا له تأثير إيجابي على حجم الذاكرة. توفر محركات أقراص NOR الوصول إلى المعلومات العشوائية ، وهذا هو سبب عدم استخدامها مثل محرك الأقراص الثابتة.

هناك بعض الأسباب التي تجعل الشركات المصنعة تستمر في إصدار ذاكرة فلاش بمعدل 1 بت لكل خلية. تعتبر محركات SLC الأسرع والأكثر موثوقية ، ولكنها باهظة الثمن نسبيًا ولديها سعة تخزين محدودة. هذا هو السبب في تفضيل مثل هذا الجهاز لأجهزة الكمبيوتر التي تتعرض لأحمال ثقيلة.

ما هو SLC

في المواجهة بين SLC و MLC أو TLC 3D ، فإن النوع الأول من الذاكرة يفوز دائمًا ، ولكنه أيضًا يكلف أكثر من ذلك بكثير. كما أن لديها ذاكرة أكبر ، لكنها أبطأ وأكثر عرضة للكسر. MLC و TLC هما نوعان من الذاكرة موصى بهما للاستخدام اليومي العادي للكمبيوتر. يستخدم NOR بشكل شائع في الهواتف المحمولةوالأجهزة اللوحية. سيساعد فهم احتياجاتك الخاصة المستخدم على اختيار أنسب محركات أقراص SSD.

تحصل الخلية أحادية المستوى على اسمها من بت واحد يتم تشغيله أو إيقاف تشغيله اعتمادًا على مصدر الطاقة. ميزة SLC هي أنها الأكثر دقة عند قراءة البيانات وكتابتها ، ويمكن أن تكون دورة تشغيلها المستمرة أطول. عدد مرات الكتابة المسموح بها هو 90000-100000.

لقد ترسخ هذا النوع من الذاكرة جيدًا في السوق نظرًا لعمر طويل ودقة وأداء عام. نادرًا ما يتم تثبيت محرك الأقراص هذا في أجهزة الكمبيوتر المنزلية نظرًا لارتفاع التكلفة وقلة حجم الذاكرة. هو أكثر ملاءمة ل الاستخدام الصناعىوالأحمال الثقيلة المرتبطة بالقراءة المستمرة وكتابة المعلومات.

مزايا SLC:

• عمر خدمة طويل و كمية كبيرةدورات الشحن مقارنة بأي نوع آخر من ذاكرة الفلاش ؛
• عدد أقل من أخطاء القراءة والكتابة ؛
• يمكن أن تعمل في نطاق درجة حرارة أوسع.

عيوب SLC:

• سعر مرتفع مقارنة بمحركات أقراص الحالة الصلبة الأخرى ؛
• كمية صغيرة نسبيًا من الذاكرة.

نوع الذاكرة eMLC

eMLC هي ذاكرة فلاش محسّنة لقطاع المؤسسات. إنه يتميز بالأداء المحسن والمتانة. يتراوح عدد عمليات إعادة الكتابة من 20.000 إلى 30.000. يمكن اعتبار eMLC كبديل أرخص لـ SLC الذي يستعير بعض المزايا من منافسه.

مزايا eMLC:

• أرخص بكثير من SLC ؛
• أداء وتحمل أعلى من MLC NAND التقليدي.

عيوب eMLC:

• يخسر SLC من حيث الأداء ؛
• غير مناسب للاستخدام المنزلي.

ذاكرة فلاش MLC لمحرك الأقراص ذو الحالة الصلبة

حصلت ذاكرة الخلايا متعددة المستويات على اسمها من قدرتها على تخزين 2 بت من البيانات في خلية واحدة. الميزة الكبيرة هي أكثر سعر منخفضمقارنة بـ SLC. التكلفة المنخفضة ، كقاعدة عامة ، تصبح مفتاح شعبية المنتج. تكمن المشكلة في أن عدد عمليات الاستبدال المحتملة لخلية واحدة أقل بكثير مقارنة بـ SLC.

مزايا MLC NAND:

سعر منخفض نسبيًا ، مصمم للمستهلك الشامل ؛
موثوقية أكبر مقارنة بـ TLC.

عيوب MLC NAND:

• أقل موثوقية ودائمة من SLC أو eMLC ؛
• غير مناسب للاستخدام التجاري.

ذاكرة TLC

Triple Level Cell هي أرخص أشكال ذاكرة الفلاش. أكبر عيب لها هو أنها مناسبة للاستخدام المنزلي فقط ولا يمكن استخدامها في الأنشطة التجارية أو الصناعية. دورة حياة الخلية هي 3000-5000 عملية الكتابة فوقها.

مزايا TLC 3D:

• أرخص SSD متوفر في السوق ؛
• قادرة على تلبية احتياجات معظم المستخدمين.

عيوب TLC 3D:

• أقصر عمر متوقع مقارنة بأنواع أخرى ؛
• غير مناسب للاستخدام التجاري.

طول عمر SSD

مثل كل الأشياء الجيدة في هذا العالم ، لا يمكن لـ SSD أن تدوم إلى الأبد. كما هو مذكور أعلاه ، دورة الحياةيعتمد محرك الحالة الصلبة بشكل مباشر على نوع 3D NAND الذي يستخدمه. يشعر العديد من المستخدمين بالقلق بشأن المدة التي يمكن أن تدوم فيها أنواع محركات الأقراص الأرخص. بالمقارنة مع MLC و TLC ، تعد ذاكرة SLC أكثر متانة ولكنها تكلف أكثر. اختبرت فرق مستقلة من المتحمسين محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) بأسعار معقولة للمستهلكين ، ومعظمها من MLCs ، مع وجود واحد فقط يستخدم 3D NAND TLC. وكانت النتائج واعدة. قبل الفشل ، تمكنت معظم هذه الأجهزة من تمرير 700 تيرابايت من المعلومات من خلال نفسها ، و 2 منها - حتى 1 بيتابايت. هذا حقا كمية هائلة من البيانات.

يمكننا بأمان رفض أي مخاوف من فشل SSD وقت قصير. إذا كنت تستخدم MLC أو TLC 3D V-NAND للاستخدام اليومي مثل تخزين الموسيقى والصور ، برمجةوالمستندات الشخصية وألعاب الفيديو ، يمكنك التأكد من أن الذاكرة ستستمر لعدة سنوات. في المنزل ، من المستحيل تحميل الكمبيوتر بالطريقة التي يستخدمونها مع خوادم الشركة. بالنسبة لأولئك المهتمين بالعمر الافتراضي لذاكرتهم ، يمكن أن تساعدك ميزات مثل تحليل المراقبة الذاتية وتقنية إعداد التقارير (S.M.A.R.T.) في تتبع صحة محرك أقراص الحالة الثابتة.

اختيار الحق SSD

في الواقع ، الفرق بين محركات الأقراص التجارية والمحركات الاستهلاكية ضخم جدًا بحيث يصعب فهمه. بدأت فرق التطوير في صنع أقراص SSD باهظة الثمن لتلبية المتطلبات العالية للأنشطة ذات التقنية العالية والتطورات العلمية والعسكرية التي تتطلب معالجة مستمرة للمعلومات.

تعد الخوادم في المؤسسات الكبيرة مثالًا جيدًا على استخدام محركات أقراص فلاش باهظة الثمن لأنها تعمل 24 ساعة في اليوم ، 5-7 أيام في الأسبوع. لهذا السبب يحتاجون إلى أوقات قراءة / كتابة طويلة وسريعة وموثوقية متزايدة. يتم تجريد محركات الأقراص الاستهلاكية من إصدارات محركات الأقراص التجارية. تفتقر إلى ميزات معينة ولكنها توفر مساحة تخزين أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، هناك اتجاه لطيف في العالم نحو زيادة أداء NANDs منخفضة التكلفة وانخفاض تكلفتها.

ما نوع التخزين الذي يجب أن تختاره؟ SLC أو MLC و TLC؟ يمكننا أن نستنتج أن ذاكرة SLC أو eMLC ليست ضرورية للاستخدام اليومي العادي ، لذلك لا جدوى من إنفاق مبلغ كبير من المال عليها. إذا اخترت نوع ذاكرة NAND من TLC أو MLC ، فسيعتمد كل شيء على قدراتك المالية.

TLC NAND هي الذاكرة الأكثر ميزانية التي يمكن أن تلبي احتياجات معظم المستهلكين. يمكن اعتبار ذاكرة MLC إصدارًا أكثر تقدمًا من ذاكرة NAND للأشخاص المستعدين للاستثمار بكثافة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بهم. كما أنها مناسبة لأولئك الذين يخططون لتخزين بياناتهم لسنوات عديدة. إذا ظهرت الرسالة "لم يتم اكتشاف NAND Flash" على الشاشة ، فمن المرجح أن الذاكرة قد استنفدت مواردها وفشلت.

استند أصل ذاكرة NAND إلى ذاكرة الفلاش التي ظهرت قبل ذلك بكثير ، وتستخدم في محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة ذات السرعة والمتانة المنخفضة بشكل واضح ومساحة الشريحة الأكبر من ذاكرة NAND. اخترع فوجيو ماسوكا ذاكرة فلاش في عام 1984 أثناء عمله في توشيبا. بعد تقديم تصميم Fujio Masuoka في IEEE 1984 (الاجتماع الدولي للأجهزة الإلكترونية) في سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا ، أصدرت إنتل أول شريحة فلاش تجارية من نوع NOR في عام 1988. أعلنت Toshiba عن ظهور ذاكرة فلاش من نوع NAND في عام 1989 في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة.

ذاكرة فلاش ، أنواع ذاكرة NAND

يتمثل الاختلاف الأساسي في ذاكرة الفلاش في أنها تخزن بتًا واحدًا من المعلومات في مجموعة من ترانزستورات البوابة العائمة تسمى الخلايا. هناك نوعان من ذاكرة NAND المستخدمة في محركات أقراص SSD - SLC و MLC. ما الفرق بين أنواع ذاكرة SLC و MLC؟ تحتوي أجهزة SLC على خلايا أحادية المستوى تخزن بت واحد فقط في كل ترانزستور ، بينما يمكن لـ MLCs متعددة المستويات تخزين عدة أجزاء من المعلومات في كل خلية. هذا نتيجة لاستخدام مستويات مختلفة من الشحنات الكهربائية على البوابة العائمة للترانزستور. مبدأ ترميز المعلومات (منطقي 0 أو 1) هو نفسه في جميع الحالات ، سيتم وصفها من قبلنا أدناه. يختلف هيكل الخلية فقط. يمكن أن يصل عمق مستويات MLC إلى 4 ، أي تخزين ما يصل إلى 4 بتات من المعلومات ، في حين أن SLC هي وحدة أبسط وتخزن 1 بت.

تتيح تقنية MLC زيادة حجم القرص بشكل كبير عن طريق زيادة المستويات ، مع ترك أبعادها المادية دون تغيير ، مما يقلل من تكلفة كل جيجابايت. على هذا الصفات الإيجابيةهذه التكنولوجيا تقترب من نهايتها. مع كل مستوى إضافي ، تصبح مهمة التعرف على مستوى الإشارة أكثر تعقيدًا ، ناهيك عن تقليل مورد قرص SSD ، ويزيد وقت البحث عن عنوان الخلية ، ويزداد احتمال حدوث أخطاء. يتم التحكم في الأخطاء في الأجهزة ، مما يؤدي في حالة تقنية MLC إلى زيادة تكلفة إلكترونيات التحكم ، وبالتالي زيادة التكلفة النهائية لـ SSD. تستخدم محركات أقراص SSD الضخمة في السوق العالمية تقنية MLC مع تسجيل من أربعة مستويات. في هذه الحالة ، يتم ترميز البيانات كـ (11) ، (10) ، (01) ، (00). بالنسبة إلى SLC ، يمكن للخلية أحادية المستوى أن تأخذ القيم 0 أو 1 فقط.

من الواضح أن الحلول التي تحتوي على خلايا SLC بنفس الحجم والسعر تخسر لصالح MLC من حيث كمية المعلومات المخزنة عليها ، ولكنها في نفس الوقت أسرع وأكثر متانة. لذلك ، يتعين على الشركات المصنعة استخدام المزيد من الرقائق ذات سعة القرص الإجمالية الأصغر ، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة سعر محرك أقراص SLC بأكثر من الضعف مقارنة بنفس حجم محرك MLC.

آليات كتابة وقراءة خلية وحدة ذاكرة NAND

دعنا نحاول أن نصف بمزيد من التفصيل تشغيل الترانزستور لذاكرة NAND ، وهو ترانزستور تأثير مجال البوابة المعزول أو MOSFET.

كانت السمة الرئيسية للترانزستور ذي التأثير الميداني ، والتي سمحت باستخدامه لتخزين المعلومات ، هي القدرة على الاحتفاظ بشحنة كهربائية على بوابة "عائمة" لمدة تصل إلى 10 سنوات. البوابة "العائمة" نفسها مصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات ومحاطة بالكامل بطبقة عازلة ، مما يوفر لها غيابًا تامًا للتلامس الكهربائي مع عناصر الترانزستور. يقع بين بوابة التحكم وركيزة تقاطع pn. يسمى قطب التحكم في ترانزستور تأثير المجال البوابة. في هذه الحالة ، الموصلية السندات الإذنية تقاطع، بسبب المقاومة الكهربائية ، يتم التحكم فيها من خلال فرق الجهد ، مما يخلق الحقل الكهربائي، تؤثر ص ن الدولةالانتقالات.

العناصر المهمة في الترانزستور هي أيضًا استنزاف ومصدر. لتغيير جزء المعلومات الذي يتم كتابته إلى الخلية ، يتم إنشاء مجال كهربائي بواسطة الجهد الموجود على بوابة التحكم ويحدث تأثير النفق. يسمح هذا لبعض الإلكترونات بالمرور عبر الطبقة العازلة إلى البوابة العائمة ، مما يوفر لها شحنة ، وبالتالي ملء خلية الوحدة ببعض المعلومات.

تؤثر الشحنة المتراكمة على البوابة العائمة على توصيل قناة مصدر التصريف ، والتي تُستخدم في القراءة.

يؤثر هذا الاختلاف في آلية الكتابة والقراءة بوضوح على استهلاك الطاقة المختلف لهذه الأوضاع. تستهلك ذاكرة NAND تيارًا كبيرًا إلى حد ما عند الكتابة ، وعند القراءة ، على العكس من ذلك ، يكون استهلاك الطاقة صغيرًا. لمسح المعلومات ، يتم تطبيق جهد سلبي عالٍ على بوابة التحكم ، وتنتقل الإلكترونات من البوابة العائمة إلى المصدر. يتكون محرك الحالة الصلبة الحديث من هذه الخلايا الأولية المدمجة في صفحات وكتل ومصفوفات.

العمر الافتراضي لذاكرة NAND

كانت الميزة الرئيسية لذاكرة NAND ، التي تسمح باستخدامها في محركات أقراص الحالة الثابتة ، هي قدرتها على تخزين البيانات دون مصدر طاقة خارجي. ومع ذلك ، تفرض هذه التقنية قيودًا على عدد التغييرات في الحالة المنطقية للخلية ، مما يؤدي إلى عدد محدود من دورات إعادة الكتابة لهذه الخلية. هذا بسبب التدمير التدريجي للطبقة العازلة. هذا التأثيريحدث بشكل أسرع لخلايا MLC نظرًا لاحتياطيها الصغير لتغيير شحنة البوابة العائمة بسبب ميزات التصميم. تؤثر قراءة الخلية أيضًا على عمرها الافتراضي ، ولكن هذا التأثير أقل أهمية بكثير مما يحدث عند الكتابة / المسح ، مما يسمح لنا بالنظر إلى دورات القراءة على أنها غير محدودة ، ويتم قياس عمر محرك أقراص الحالة الثابتة بعدد دورات إعادة الكتابة الممكنة.

تحتوي جميع محركات أقراص SSD على جزء لا يمكن الوصول إليه لعمليات الكتابة / القراءة القياسية. هناك حاجة إليه كاحتياطي في حالة تآكل الخلية ، عن طريق القياس مع محركات الأقراص المغناطيسية HDD ، والتي لها احتياطي لاستبدال الكتل التالفة. يتم استخدام احتياطي الخلايا الإضافية بشكل ديناميكي ، ومع تآكل الخلايا الأولية فعليًا ، يتم توفير خلية بديلة.

فيما يلي جدول مقارن تقريبي للخصائص الرئيسية التي تميز تشغيل محركات أقراص SSD بتقنية SLC والمحركات بخلايا MLC.

يوضح الجدول بوضوح جميع مزايا وعيوب هذه التقنيات. إنه يوضح تفوق حلول SLC على MLC ، لكنه لا يشير إلى المعيار الرئيسي لشعبية محركات أقراص الحالة الثابتة - سعرها. ليس من المنطقي الإشارة إليه في ضوء الانخفاض السريع في تكلفة هذه الحلول. دعنا نقول فقط أنه على الرغم من أن محركات MLC أقل جودة في كل شيء من SLC ، إلا أنها تربح أكثر من ضعف السعر ويمكن أن تكون أكثر إحكاما بنفس الكمية من البيانات المخزنة.

هيكل قرص SSD: الخلية ، الصفحة ، حجم كتلة NAND

للمزيد من استخدام فعالخلايا الذاكرة الأولية ، تم دمجها في مصفوفات ذات بنية متعددة المستويات. خلية واحدة تخزن واحدة (لـ SLC) أو ، كقاعدة ، اثنتان (للجيل الحالي من MLC) من البيانات ، يتم دمجها في مجموعة تسمى صفحة وتحتوي على 4 كيلوبايت من البيانات.

خوارزميات خاصة للعمل مع محركات أقراص SSD

نظرًا لدورات الكتابة / المسح المحدودة لخلايا ذاكرة الفلاش ، كان على المطورين إنشاء الخوارزمية الصحيحة لتشغيل محرك أقراص SSD ، مما يسمح له "بتآكل" مساحة التخزين الخاصة به بشكل متساوٍ. كما لاحظنا بالفعل ، يتم تقسيم حجم القرص بالكامل إلى كتل بحجم 512 كيلوبايت ، وهي بدورها ، إلى صفحات بحجم 4 كيلوبايت ، يتم إجراء عمليات القراءة والكتابة عليها. ولكن بمجرد كتابة المعلومات في الصفحة ، لا يمكن الكتابة فوقها حتى يتم مسحها. تكمن المشكلة في أن الحد الأدنى لحجم المعلومات المسجلة لا يمكن أن يكون أقل من 4 كيلوبايت ، ويمكن محو البيانات على الأقل في كتل بحجم 512 كيلوبايت. للقيام بذلك ، تقوم وحدة التحكم بتجميع البيانات ونقلها (سنصف هذه الخوارزمية أدناه) لتحرير الكتلة بأكملها. تؤدي هذه العملية إلى زيادة وقت الاستجابة وتقليل عمر SSD ، ولكن يجب التضحية بشيء ما.

دعنا نتحدث عن خوارزمية الكتابة / الحذف.

بعد طلب الكتابة من نظام التشغيل ، تحدد وحدة التحكم في الوسائط حجم المعلومات وهيكلها. إذا كان هناك عدد كافٍ من الكتل الفارغة ، فسيتم تخصيص كتلة جديدة ، تُنسخ عليها البيانات المرسلة بواسطة نظام التشغيل للكتابة. ومع ذلك ، مع امتلاء القرص وتناقص عدد كافٍ من الكتل الفارغة ، تصبح هذه العملية أكثر تعقيدًا. تبحث وحدة التحكم بشكل متزايد عن أنسب (بعدد الصفحات المجانية) ، الكتلة المشغولة جزئيًا وتعيد كتابتها في كتلة فارغة ، وتدمجها مع البيانات التي جاءت من نظام التشغيل للكتابة ، والتي تملأها تمامًا. كتلة قديمةثم تطهيرها. باستخدام هذه الخوارزمية ، نحصل على كتلة مملوءة بالكامل وكتلة فارغة واحدة ، والتي تتم إضافتها إلى مجموعة الكتل الفارغة المتاحة للكتابة. عند إجراء طلب كتابة ، تستخدم وحدة التحكم فقط كتل من هذه المجموعة.

في معداتها ، تحتوي وحدة التحكم عادةً على 10 قنوات ، على وجه الخصوص ، تحتوي وحدات تحكم Intel SSD على مثل هذا العدد من القنوات. يتم تخصيص مجموعة الرقائق بالكامل بالتساوي لكل قناة تبادل بيانات. في هذه المرحلة من تطوير تقنيات SSD ، لا يمكن لرقائق الذاكرة التي تتفاعل مع القناة الأولى أن تتقاطع في العمليات مع القنوات الثانية والثالثة والقنوات اللاحقة ، ولكن قد يتم حل هذه المشكلة في المستقبل القريب. سيكون من المنطقي تمامًا استخدام الروابط "العائمة" لجميع الذاكرة الموجودة على القرص. غالبًا ما تكون هناك حاجة لكتابة قائمة انتظار من البيانات الصغيرة ، ثم تقوم وحدة التحكم تلقائيًا بتوزيع الكتلة بأكملها عبر جميع القنوات ، ولكن يتم الحفاظ على الاتصال بين الخلايا ، لأن هذه القطعة من البيانات هي وحدة منطقية واحدة.

تعتمد عملية حذف البيانات أيضًا بشكل مباشر على حجم وموقع البيانات المحذوفة. إذا كانت جميع المعلومات مكتوبة في كتلة واحدة أو في مجموعة من الكتل ، تشغلها تمامًا ، فسيتم ببساطة مسح الكتلة / الكتل ووضع علامة عليها على أنها فارغة وجاهزة للتسجيل اللاحق بأعلى سرعة ممكنة. لكن هذه الحالة المثالية لا تحدث دائمًا.

إذا كان من الضروري حذف ليس الكتلة بأكملها ، بل العديد من الصفحات الموجودة فيها ، فإن وحدة التحكم تحذف البيانات منطقيًا دون محوها ، ولكن ببساطة تقوم بتمييز بيانات الصفحة على أنها محذوفة. في المستقبل ، سيتم دمج المعلومات المتبقية مع المعلومات الجديدة التي جاءت للتسجيل وكتابتها في كتلة فارغة ، وسيتم حذف الكتلة الأصلية ، كما هو موضح بالفعل في خوارزمية التسجيل ، ووضع علامة عليها على أنها فارغة.

لماذا تحتاج التشذيب؟

هذه تقنية مهمة أخرى توفر تآكلًا أكبر لقرص SSD وعمل أسرع مع البيانات بسبب أمر TRIM. يسمح لك ببناء سلسلة وتحديد أولوية الكتل التي تم إصدارها. في السابق ، تم تعيين هذه العملية لنظام التشغيل ، لكن وحدات تحكم SSD الحديثة تدعم بالفعل هذه الوظيفةالأجهزة في محرك الأقراص الثابتة. الوقت المستغرق لمسح الكتل مرتبط بشكل كبير بمساحة القرص الحرة. كلما قلت المعلومات والمساحة الحرة ، زادت سرعة "التشذيب" على محرك أقراص الحالة الصلبة. نظرًا لأن القرص يملأ ما يصل إلى 75٪ ، فإن وظيفة التنظيف لا تزال غير واضحة جدًا بالنسبة إلى الخمول. ولكن بمجرد وجود أقل من 15٪ من المساحة الخالية ، يصبح "التشذيب" أمرًا صعبًا. بطبيعة الحال ، يتم تحديد جزء من التبعية تمامًا حسب نوع المعلومات (ثابتة ، أي نادرًا ما يتم نقلها وغالبًا ما تكون قابلة للقراءة فقط ، أو ديناميكية). وفقًا لأبحاث شركة IBM الظروف المثاليةتشغيل SSD عندما يكون أقل من 75٪ ممتلئًا وتكون نسبة الجزء الثابت والديناميكي من المعلومات 3 إلى 1.

TRIM جزء لا يتجزأ من محركات أقراص الحالة الصلبة الحديثة. يوفر تعزيزًا للأداء عندما تمتلئ الأقراص بأكثر من 2/3 بالبيانات ، بسبب الفرز الصحيح للكتل وتجهيزها للتسجيل. هذا يسمح لك بتقليل الفرق في سرعة القرص الجديد والممتلئ بالفعل بنسبة 75٪ إلى 2-3٪.

لا تنسى ذلك بشكل افتراضي نظام التشغيلتم تكوينه للعمل مع قرص HDD عادي ، مما يعني أنه يجب على المستخدم بالتأكيد تعطيل الآليات "القديمة" لزيادة سرعة القرص المغناطيسي ، بالإضافة إلى خوارزميات إلغاء التجزئة. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم الاهتمام بالاستخدام غير الكامل للمساحة الكاملة لمحرك أقراص SSD.

ما هي ذاكرة التخزين المؤقت على محركات أقراص SSD المستخدمة؟

لا يتم استخدام المخزن المؤقت على محركات أقراص SSD لتسريع إجراء الكتابة / القراءة ، كما هو معتاد لمحركات الأقراص الصلبة. لم يتم الإشارة إلى حجمه في المواصفات الفنيةالشركات المصنعة الرئيسية SSD. لا يمكن اعتبارها ذاكرة تخزين مؤقت عادية ، كما اعتدنا أن نفهمها. يتم استخدام ذاكرة التخزين المؤقت على محركات أقراص SSD بشكل ديناميكي لتخزين جداول التخصيص وشغل خلايا القرص. في موازاة ذلك ، يمكنه تخزين المعلومات المؤقتة من الخلايا المحذوفة ، إذا لم تكن هناك مساحة فارغة كافية على القرص. الجداول عبارة عن مصفوفة ثلاثية الأبعاد ، وهي المساعد الرئيسي لوحدة تحكم SSD. بناءً على هذه البيانات ، يتخذ القرص قرارات بشأن محو الخلايا الإضافية. كما أنه يخزن معلومات حول تواتر وشدة استخدام كل كتلة متاحة على القرص. بالإضافة إلى ذلك ، يتم هنا تسجيل عناوين "الأماكن" ، حيث يستحيل تسجيلها بسبب البلى الجسدي.

وحدة تحكم قرص SSD

عنصر مهم للغاية ومحسّن باستمرار لمحرك أقراص SSD هو وحدة التحكم الخاصة به. تتمثل المهمة الرئيسية لوحدة التحكم في توفير عمليات القراءة والكتابة ، ولكن نظرًا لكتلة الميزات المادية لمحرك أقراص SSD ، فإن وحدة التحكم مسؤولة أيضًا عن إدارة بنية تخطيط البيانات. استنادًا إلى مصفوفة وضع الكتل ، التي تمت الكتابة إليها والتي لم تتم الكتابة إليها بعد ، تعمل وحدة التحكم على تحسين سرعة الكتابة وزيادة عمر SSD الخاص بك. نظرًا لطبيعة بناء ذاكرة NAND ، فمن المستحيل العمل مع كل خلية على حدة. كما قلنا أعلاه ، يتم دمجها في صفحات كل منها 4 كيلوبايت ، ولا يمكنك كتابة المعلومات إلا عندما تكون الصفحة مشغولة تمامًا. يمكنك مسح البيانات في كتل تساوي 512 كيلو بايت. كل هذه القيود تفرض مسؤوليات معينة على الخوارزمية الذكية الصحيحة لوحدة التحكم. لذلك ، يمكن لوحدة التحكم التي تم تكوينها بشكل صحيح ومحسّنة أن تغير بشكل كبير أداء السرعة ومتانة محرك أقراص SSD.

نتائج

في الوقت الحالي ، لا يزال من السابق لأوانه الحديث عن الانتصار الكامل لمحركات أقراص الحالة الصلبة على الأقراص المغناطيسية. عند النظر في حجم وسرعة SSD مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة التقليدية ، فإن العائق الرئيسي للتحول إلى محركات أقراص الحالة الثابتة لا يزال سعرها. تحليل متعدد السنوات الأخيرةأظهر إحجام الشركات المصنعة عن خفض سعر ذاكرة NAND. فقط في الأشهر الستة الماضية ، يمكن ملاحظة اتجاه هبوطي طفيف في أسعار محركات أقراص الحالة الثابتة ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى انخفاض طلب المستهلك ، الذي تسبب فيه الأزمة العالمية. تم تقديم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة في نطاق واسع في السوق العالمية لعدة سنوات ، ولكن حتى هذه الفترة الهامة للتقنيات الرقمية لا يمكن أن تؤثر على قدرتها التنافسية من حيث "السعر لكل جيجابايت من المعلومات المخزنة" فيما يتعلق بالأقراص المغناطيسية. تزداد كثافة التسجيل لكل قرص مغناطيسي باستمرار ، مما يساهم في إطلاق المزيد والمزيد من الطرز (في الوقت الحالي ، تتوفر محركات الأقراص الثابتة بسعة 2 تيرابايت على نطاق واسع). قد يجبر هذا التوزيع للسوق المشتري على تفضيل محرك أقراص SSD فقط في حالة الحاجة الملحة لسرعة القراءة أو مقاومة الاهتزاز / الصدمات ، ولكن سيظل الجزء الأكبر من المعلومات مخزّنًا على محركات الأقراص الثابتة الكلاسيكية.

مزايا وعيوب SSD مقارنة بالأقراص المغناطيسية HDD:

مزايا:

• سرعة قراءة أسرع بكثير ؛
• الغياب التام للضوضاء
• الموثوقية بسبب عدم وجود أجزاء متحركة ؛
• انخفاض استهلاك الطاقة
• مقاومة عالية للاهتزاز.

عيوب:

• التكلفة العالية لكل جيجابايت من المعلومات المخزنة ؛
• عدد محدود من دورات كتابة البيانات وحذفها.

تمت قراءة المقال 11417 مرة

اشترك في قنواتنا

يعتمد أداء SSD وعمره الافتراضي بشكل أساسي على فلاش NAND ووحدة التحكم مع البرامج الثابتة. إنها المكونات الرئيسية لسعر محرك الأقراص ، ومن المنطقي الانتباه إلى هذه المكونات عند الشراء. اليوم سنتحدث عن NAND.

إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك العثور على التفاصيل الدقيقة للعملية التكنولوجية لإنتاج ذاكرة فلاش في المواقع المتخصصة في مراجعات SSD. تستهدف مقالتي جمهورًا أوسع من القراء ولها هدفان:

1. ارفع الحجاب عن المواصفات الغامضة المنشورة على مواقع الويب الخاصة بمصنعي SSD والمتاجر.
2. تخلص من الأسئلة التي قد تطرحها أثناء الدراسة تحديدذاكرة محركات مختلفة وقراءة الاستعراضات المكتوبة لخبراء "الحديد".

أولاً ، سأوضح المشكلة بالصور.

ما هو مبين في خصائص SSD

لا تحتوي مواصفات NAND المنشورة على المواقع الرسمية للمصنعين وفي المتاجر المتسلسلة دائمًا على معلومات مفصلة. علاوة على ذلك ، تختلف المصطلحات كثيرًا ، وقد قمت بتجميع البيانات من أجلك على خمسة محركات أقراص مختلفة.

هل تخبرك هذه الصورة بأي شيء؟

حسنًا ، لنفترض أن Yandex.Market ليس المصدر الأكثر موثوقية للمعلومات. دعنا ننتقل إلى مواقع الشركات المصنعة - هل أصبح الأمر أسهل؟

ربما سيجعل ذلك أكثر وضوحا؟

وإذا كان الأمر كذلك؟

أم أنها لا تزال أفضل؟

وفي الوقت نفسه ، كل هذه المحركات لها نفس الذاكرة مثبتة! من الصعب تصديق ذلك ، خاصة بالنظر إلى الصورتين الأخيرتين ، أليس كذلك؟ بعد قراءة المدخل حتى النهاية ، لن تقتنع بهذا فحسب ، بل ستقرأ أيضًا خصائص مثل كتاب مفتوح.

مصنعي ذاكرة NAND

يوجد عدد أقل بكثير من مصنعي ذاكرة الفلاش من الشركات التي تبيع محركات أقراص الحالة الصلبة تحت علاماتها التجارية الخاصة. تحتوي معظم محركات الأقراص الآن على ذاكرة من:

• إنتل / ميكرون
• هاينكس
• سامسونج
• توشيبا / سانديسك

تشترك Intel و Micron في نفس المكان في القائمة لسبب ما. إنهم يصنعون NAND على نفس التقنيات كجزء من المشروع المشترك IMFT.

في المصنع الرائد في ولاية يوتا الأمريكية ، يتم إنتاج نفس الذاكرة تحت العلامات التجارية لهاتين الشركتين بنسب متساوية تقريبًا. من المصنع في سنغافورة ، الذي تسيطر عليه الآن شركة Micron ، يمكن أن تظهر الذاكرة أيضًا تحت الاسم التجاري لشركتها الفرعية SpecTek.

يشتري جميع مصنعي محركات أقراص الحالة الصلبة NAND من الشركات المذكورة أعلاه ، لذلك يمكن أن تحتوي محركات الأقراص المختلفة على نفس الذاكرة تقريبًا ، حتى لو كانت علامتها التجارية مختلفة.

يبدو أنه في هذه الحالة مع الذاكرة ، يجب أن يكون كل شيء بسيطًا. ومع ذلك ، هناك عدة أنواع من NAND ، والتي بدورها مقسمة وفقًا لمعايير مختلفة ، مما يؤدي إلى حدوث ارتباك.

أنواع ذاكرة NAND: SLC و MLC و TLC

إنها ثلاثة أنواع مختلفة NAND ، الاختلاف التكنولوجي الرئيسي بينهما هو عدد البتات المخزنة في خلية ذاكرة.

SLC هي أقدم التقنيات الثلاثة ، وبالكاد ستجد SSD حديثًا مع NAND. تحتوي معظم محركات الأقراص الآن على MLC على متنها ، و TLC هي الكلمة الجديدة في سوق ذاكرة SSD.

بشكل عام ، تم استخدام TLC منذ فترة طويلة في محركات أقراص USB المحمولة ، حيث لا توجد قدرة على تحمل الذاكرة قيمة عملية. جديد العمليات التكنولوجيةتسمح بتقليل تكلفة جيجابايت من TLC NAND لـ SSD ، مما يوفر أداءً مقبولاً وعمر خدمة ، وهو أمر منطقي مهتم بجميع الشركات المصنعة.

ومن المثير للاهتمام ، في حين أن عامة الناس قلقون بشأن العدد المحدود لدورات كتابة SSD ، مع تطور تقنيات NAND ، فإن هذه المعلمة تتناقص فقط!

كيفية تحديد نوع الذاكرة المحدد في SSD

سواء كنت قد اشتريت للتو محرك أقراص الحالة الصلبة أو تخطط لشرائه ، بعد قراءة هذا المنشور ، قد يكون لديك سؤال مطروح في العنوان الفرعي.

لا يوجد برنامج يعرض نوع الذاكرة. يمكن العثور على هذه المعلومات في مراجعات محرك الأقراص ، ولكن هناك طريقة أقصر ، خاصة عندما تحتاج إلى مقارنة العديد من المرشحين للشراء.

في المواقع المتخصصة ، يمكنك العثور على قواعد بيانات SSD ، وإليك مثال.

لقد وجدت مواصفات ذاكرة محركات الأقراص الخاصة بي هناك دون أي مشاكل ، باستثناء SanDisk P4 (mSATA) المثبت في الجهاز اللوحي.

أي SSD لديه أفضل ذاكرة

لننتقل أولاً إلى النقاط الرئيسية للمقالة:

• يمكن حساب مصنعي NAND بأصابع يد واحدة
• تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الحديثة نوعين من NAND: MLC و TLC ، والتي تكتسب الزخم للتو
• يختلف MLC NAND في الواجهات: ONFi (Intel ، Micron) و Toggle Mode (Samsung ، Toshiba)
• ينقسم ONFi MLC NAND إلى غير متزامن (أرخص وأبطأ) ومتزامن (أغلى وأسرع)
• يستخدم مصنعو محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة ذاكرة من واجهات وأنواع مختلفة ، مما يؤدي إلى إنشاء مجموعة متنوعة من ملفات الخط الواصللأي محفظة
• نادراً ما تحتوي المواصفات الرسمية على معلومات محددة ، لكن قواعد بيانات SSD تسمح لك بتحديد نوع NAND بدقة

بالطبع ، في مثل هذه الحديقة لا يمكن أن يكون هناك إجابة لا لبس فيها على السؤال المطروح في العنوان الفرعي. بغض النظر عن العلامة التجارية لمحرك الأقراص ، تتوافق NAND مع المواصفات المعلنة ، وإلا فلن يكون من المنطقي أن تشتريه مصنعي المعدات الأصلية (يقدمون ضمانهم على محركات أقراص الحالة الصلبة).

ومع ذلك ... تخيل أن الصيف قد أسعدك بحصاد غير مسبوق من الفراولة في البلاد!

كل شيء كثير العصير وحلوا ، لكن لا يمكنك تناول الكثير ، لذلك قررت بيع بعض التوت الذي اخترته.

هل ستحتفظ بأجود أنواع الفراولة لنفسك أم ستطرحها للبيع؟ :)

يمكن افتراض أن مصنعي NAND يقومون بتثبيت أفضل ذاكرة في محركات الأقراص الخاصة بهم. نظرًا للعدد المحدود لشركات NAND ، فإن قائمة الشركات المصنعة لمحركات الأقراص ذات الحالة الثابتة تكون أقصر:

• حاسمة (قسم ميكرون)
• شركة انتل
• سامسونج

مرة أخرى ، هذا مجرد افتراض ، لا تدعمه حقائق موثوقة. لكن هل تصرفت بشكل مختلف بدلاً من هذه الشركات؟