В предыдущих наших статьях «Твердотельные накопители. Может пора брать?» и «Практика использования SSD накопителей. На что обратить внимание при покупке?» мы достаточно подробно остановились на плюсах и минусах современных технологий хранения данных. Определились с основными вопросами выбора твердотельных накопителей.
В сегодняшней статье нам хотелось бы остановиться на нюансах практического использования твердотельных накопителей, так как они хоть и выступают альтернативой современным жестким дискам — не совсем таковыми являются. Знание всех данных тонкостей позволит вам определиться с практическим применением твердотельных накопителей в каждом конкретном случае и увеличить срок их существования.
Как мы уже говорили в статье «Практика использования SSD накопителей. На что обратить внимание при покупке?», производительность современного твердотельного накопителя во многом зависит от примененного в его архитектуре контроллера и достаточно мало от примененного типа твердотельной памяти, так как MLC и SLC типы памяти практически сравнялись по быстродействию. Но не многие помнят о том, что длительность службы твердотельной памяти ограничен и его долговечность зависит от того, сколько процессов записи и удаления данных вы осуществите в каждую конкретную ячейку. Именно поэтому, понимание особенностей твердотельной постоянной памяти необходимо.
Прошивка микросхемы памяти телевизора Samsung UE40D5520RW. Циклическая перезагрузка.
Официально постоянная память для твердотельных накопителей NAND была создана относительно недавно и представлена в 1989 году. Память твердотельных накопителей отличается от таковой для флэш-накопителей. В современных твердотельных накопителях используется MLC память и SLC память. Отличие данных чипов заключается в степени плотности хранения данных.
Все ячейки для хранения данных в SLC чипах расположены в одной плоскости, поэтому данную память называют одноуровневой. Одноуровневые ячейки SLC памяти способны хранить лишь 1 бит информации. MLC память является более плотной, так как в ее структуре лежать многоуровневые ячейки.
Тем самым в многоуровневых ячейках можно хранить сразу несколько бит информации, что упрощает проблему занимаемой площади и количества транзисторов. Также MLC память оказывается дешевле в производстве. На сегодняшний день известны четырехуровневые чипы MLC памяти для твердотельных накопителей, которые способны хранить 4 бита информации.
Более сложная организация MLC памяти достигается путем изменения типа заряда подаваемого на каждую ячейку и его оценки. Естественно, увеличение количества уровней приводит к увеличению количества необходимого вида заряда и его распознавания с каждого уровня. Последнее обстоятельство значительно усложняет производство MLC памяти, что до сих пор ограничивает снижение стоимости свободного пространства на твердотельных накопителях. Но если о дешевых твердотельных накопителях на типах памяти MLC мы можем хоть мечтать, то в случае с чипами SLC — ресурс снижения стоимости и увеличения объема устройств практически исчерпан.
Замена памяти EMMC за 5мин. Ремонт телевизоров в Уфе с выездом. Продажа прошитых EMMC для Tv LG
С созданием многоуровневых чипов памяти появляется внутренняя задержка передачи информации в чипах MLC. Если информация с ячеек SLC памяти может быть практически моментально получена и отправлена на контроллер, то чипы MLC памяти имеют внутреннею задержку в связи с необходимостью формирования специального сигнала для каждой ячейки и распознавания его с каждого уровня.
Усложнение создает риски возникновения ошибок, которые будет вынужден корригировать контроллер и отправлять повторные запросы к чипу памяти. Информация для каждого уровня ячеек кодируется не путем битов 0 или 1, а усложняется в виде 11, 10, 01 или 00. Усложнение кодирования позволяет легче выявлять и корректировать ошибки. Пожалуй, это та минимальная плата, которую мы платим за удешевление конечной стоимости твердотельных накопителей.
Из-за особенностей реализации и своей простоты SLC память хоть и оказывается менее экономически эффективной и достаточно громоздкой, но она имеет одно явное преимущество — долговечность. Срок службы SLC твердотельных накопителей превосходит срок службы накопителей на чипах MLC. Тем не менее, современный уровень технологий дошел до такого уровня, что долговечность MLC чипов памяти стала сопоставимой с выигрышем в цене, которую пользователь получает при приобретении данных решений. Как правило, накопители на чипах MLC в два и более раза дешевле накопителей на чипах SLC.
Ключевым элементов NAND памяти является полевой транзистор с плавающим затвором. Важнейшей особенностью данного транзистора является возможность сохранять полученный электрический заряд и именно на этом основана способность хранения информации любой твердотельной памяти MLC или SLC. Производителем заявлено, что транзистор может хранить информацию в течение десяти лет. Из этого вытекает практический вывод, что средний срок службы твердотельного накопителя даже в режиме простоя не может превышать десяти лет.
Запись данных в ячейки памяти осуществляется путем управления транзистором и переходом электроном на плавающем затворе. Чтение данных осуществляется простым анализом положением данных электронов. Из этого нюанса построения процессов чтения и записи вытекает следующее обстоятельство — при чтении данных расходуется ничтожное количество электричества, а при записи его требуется гораздо больше. Тем самым, чем больше вы будете осуществлять запись данных на твердотельный накопитель, тем меньше он вам прослужит.
Как уже говорилось выше, любая запись или удаление информации сопровождается перетеканием электроном. В одном поле электроны удерживаются благодаря их перетеканию через слои специального диэлектрика, а само перетекание осуществляется с помощью электромагнитных полей, создаваемых транзистором. Именно данный слой диэлектрика, является еще одним слабым местом памяти для твердотельных накопителей. В процессе записи и удаления информации данный слой диэлектрика разрушается, и компенсировать данное состояние возможно только путем изменения напряжения подаваемого сигнала.
На рисунке представлен пример, когда возможный диапазон напряжений между ячейками MLC составляет 0,5 вольт и сами ячейки довольствуются данным зарядом. Тесное расположение элементов MLC памяти не позволяет увеличить ширину данного напряжения, что можно сделать в чипах SLC памяти. Поэтому долговечность, которую можно достичь, применяя SLC память в твердотельных накопителях практически недостижима при применении MLC памяти. MLC чипы памяти всегда будут иметь меньший резерв напряжения плавающего затвора транзистора, чем чипы SLC памяти.
Как уже указывалось, для чтения информации с ячеек твердотельной памяти NAND нет необходимости дополнительно заставлять перетекать электроны через диэлектрические барьеры, тем самым, срок жизни каждой ячейки при чтении данных практически не изменяется, что является ключевым моментов в применении твердотельных накопителей. На сегодняшней день производителями учитывается лишь износ при записи данных в ячейки памяти, а износ при чтении данных «опускается» из-за своей незначительности. В спецификациях большинства твердотельных накопителей можно встретить информацию о количествах циклов для него. Под циклом понимается удаление и запись информации в ячейку памяти. К примеру, SLC твердотельные накопители имеют прочность на 1 миллиона циклов, а накопители на MLC памяти лишь на 100 000 циклов.
Производители добились увеличения сроков службы современных твердотельных накопителей путем создания специальных резервных зон в чипах твердотельной памяти. Выходящие из строя ячейки памяти постепенно пополняются новыми из «резервного фонда». Это необходимо, так как современные компьютеры привыкли работать с физическими жесткими дисками и могут многократно использовать один и тот же блок ячеек и применять некоторые из них только при максимальном заполнении устройства.
Все указанные обстоятельства приводят к более сложному построению принципа хранения информации на твердотельных накопителях. Как правило, в современных SSD накопителях применены массивы ячеек с суммарным объемом 4 Кб. Данные массивы именуются среди «технарей» страницами. 128 страниц по 4 килобайта объединены в единый блок с суммарным объемом в 512 килобайт.
Наиболее большим в современных контроллерах является массив данных по 512 Мб, который состоит из нескольких блоков по 512 килобайт. Это необходимо понимать, так как одним массивом данных в твердотельных накопителях управляет уже контроллер. По объему «отказа» работать части памяти можно выявить локализацию проблемы и решить дальнейшую судьбу накопителя.
Контроллер твердотельного накопителя осуществляет запись информации по страницам, а удаляет ее только блоками. То есть, минимальный объем записываемой информации на твердотельный накопитель — это одна страница или 4 килобайта, а удаляемой 512 килобайт или один блок.
Естественно, это не позволяет рационально расходовать свободное пространство. Контроллер накопителя всегда ищет максимальное количество свободных страниц, а уже потом начинает освобождать их, путем оптимизации размещения информации. Освобождение новых страниц, путем оптимизации частично занятых приводит к замедлению работы твердотельного накопителя на запись и к повышенному износу ячеек памяти.
Аналогичные процессы оптимизации производятся при записи новой информации на частично свободные блоки. Следует понимать, что физическое уничтожение информации с твердотельного накопителя осуществляется, если только весь блок свободен.
Для благовременной подготовки ячеек твердотельных накопителей для записи данных вначале в операционной системе Windows 7, а затем и в самих контроллерах твердотельных накопителей были реализованы команды тримминга — TRIM. Данная технология позволяет оптимизировать размещение информации в блоках данных и подготовить цепь информации для контроллера об освобождающихся блоках памяти. Это позволяет более быстро осуществить запись данных и сэкономить время, что благоприятно сказывается на производительности SSD накопителей при более «тугом» наполнении. Тем не менее, по данным производителей, функция TRIM наиболее эффективна только при наполненности накопителя информацией менее чем на 75%. Заключение
Резюмируя все вышесказанное, можно прийти к некоторым выводам по практическому использованию современных SSD накопителей для увеличения срока их жизни:
— не хранить на полке в течение нескольких лет — это не увеличит их срок службы,
— не записывать и удалять информацию по надобности и не надобности (тем самым, любые программы тестирования производительности сокращают срок службы накопителя),
— контроль поддержки технологии TRIM, как накопителем, так и контроллером,
— никакой самовольной дефрагментации информации программами на твердотельных накопителях,
— наличие свободного пространства на твердотельном накопителе, не менее 15% от исходного объема,
— не применять старые технологии кэширования для жестких дисков, в виде папки Prefetch в Windows.
Все вышесказанное говорит о том, что новая технология чипсетов Intel Z68 Express по кэшированию информации на жестких дисках, путем ее временного хранение на твердотельном накопителе значительно ускорит «смерть» последнего из-за технического износа ячеек памяти.
Источник: megaobzor.com
Тип памяти NAND какой лучше
В настоящее время все больше популярности набирают твердотельные накопители или SSD (Solid State Drive). Связанно это с тем, что они способны обеспечить как высокую скорость чтения-записи файлов, так и хорошую надежность. В отличии от обычных жестких дисков, здесь нет движущихся элементов, а для хранения данных используется специальная флеш-память — NAND.
На момент написания статьи в ССД используются три вида флеш-памяти: MLC, SLC и TLC и в этой статье мы постараемся разобраться какая из них лучше и в чем различие между ними.
Тип памяти NAND какой лучше
Содержание: Тип памяти NAND какой лучше
Сравнительный обзор типов памяти SLC, MLC и TLC
Флеш-память NAND была названа так в честь особого вида разметки данных — Not AND (логическое Не И). Если не вдаваться в технические подробности, то скажем, что NAND упорядочивает данные в маленькие блоки (или страницы) и позволяют достичь высоких скоростей считывания данных.
Теперь давайте рассмотрим, какие виды памяти применяются в твердотельных накопителях.
Single Level Cell (SLC)
SLC — это уже устаревший тип памяти, в котором использовались одноуровневые ячейки памяти для хранения информации (кстати, дословный перевод на русский язык звучит как «Одноуровневая ячейка»). То есть, в одной ячейки хранился один бит данных. Подобная организация хранения данных позволяла обеспечить высокую скорость и огромный ресурс перезаписи. Так, скорость чтения достигает 25 мс, а количество циклов перезаписи — 100’000. Однако, несмотря на свою простоту, SLC является очень дорогим типом памяти.
Плюсы:
- Высокая скорость чтения-записи;
- Большой ресурс перезаписи.
Минусы:
- Высокая стоимость.
Multi Level Cell (MLC)
Следующим этапом развития флеш-памяти является тип MLC (в переводе на русский звучит как «мультиуровневая ячейка»). В отличии от SLC, здесь используются двухуровневые ячейки, которые хранят по два бита данных. Скорость чтения-записи остается на высоком уровне, однако выносливость значительно снижается. Если говорить языком цифр, то здесь скорость чтения составляет 25 мс, а количество циклов перезаписи — 3’000. Также этот тип является и более дешевым, поэтому он используется в большинстве твердотельных накопителях.
Плюсы:
- Более низкая стоимость;
- Высокая скорость чтения-записи по сравнению с обычными дисками.
Минусы:
- Низкое количество циклов перезаписи.
Three Level Cell (TLC)
И наконец, третий тип памяти — это TLC (русский вариант названия этого типа памяти звучит как «трехуровневая ячейка»). Относительно двух предыдущих, этот тип является более дешевым и в настоящее время встречается достаточно часто в бюджетных накопителях.
Этот тип является более плотным, в каждой ячейке здесь хранится по 3 бита. В свою очередь, высокая плотность приводит к снижению скорости чтения/записи и снижает выносливость диска. В отличии от других типов памяти, скорость здесь снизилась до 75 мс, а количество циклов перезаписи — до 1’000.
Плюсы:
- Высокая плотность хранения данных;
- Низкая стоимость.
Минусы:
- Низкое количество циклов перезаписи;
- Низкая скорость чтения-записи.
Подводя итог, можно отметить, что наиболее скоростным и долговечным типом флеш-памяти является SLC. Однако из-за высокой цены, эту память вытеснили более дешевые типы.
Бюджетным, и в тоже время, менее скоростным является тип TLC.
И, наконец, золотой серединой является тип MLC, который обеспечивает более высокую скорость и надежность по сравнению с обычными дисками и при этом является не слишком дорогим типом. Для более наглядного сравнения можно ознакомиться с таблицей, приведенной ниже. Здесь собраны основные параметры типов памяти, по которым проводилось сравнение.
Источник: upgrade-android.ru
Особенности микросхем NAND-флэш памяти.
Особенности микросхем NAND-флэш памяти можно наглядно рассмотреть на примере кристаллов Hynix серии HY27xx(08/16)1G1M. На рис. 1 показана внутренняя структура и назначение выводов этих приборов. Линии адреса мультиплексированы с линиями ввода/вывода данных на 8-ми или 16-ти разрядной шине ввода/вывода.
Такой интерфейс уменьшает количество используемых выводов и делает возможным переход к микросхемам большей емкости без изменения печатной платы. Каждый блок может быть запрограммирован и стерт 100000 раз и более. Для увеличения жизненного цикла NAND-флэш устройств рекомендуется применять код корректировки ошибок (ECC).
Микросхемы имеют выход «чтение/занят» (RB) с открытым стоком, который может использоваться для идентификации активности контроллера PER (Program/Erase/Read). Поскольку выход сделан с открытым стоком, существует возможность подключать несколько таких выходов от разных микросхем памяти вместе через один «подтягивающий» резистор к положительному выводу источника питания. Для оптимальной работы с дефектными блоками доступна команда «Copy Back». Если программирование какой-либо страницы оказалось неудачным, данные по этой команде могут быть записаны в другую страницу без их повторной отправки.
Рис. 1. Внутренняя организация микросхем NAND-флэш Hynix
Микросхемы памяти Hynix доступны в следующих корпусах:
48-TSOP1 (12x20x1.2 мм) – рис. 2;
48-WSOP1 (12х12х0.7 мм)
63-FBGA (8.5х15х1.2 мм, 6х8 массив шаровых контактов, 0.8 мм шаг)
Рис. 2. NAND-флэш Hynix
Массив памяти NAND-структуры организован в виде блоков, каждый из которых содержит 32 страницы. Массив разделен на две области: главную и запасную (рис. 3). Главная область массива используется для хранения данных, в то время как запасная область обычно задействована для хранения кодов коррекции ошибок (ECC), программных флагов и идентификаторов негодных блоков (Bad Block) основной области.
В устройствах х8 страницы в главной области разделены на две полустраницы по 256 байт каждая, плюс 16 байт запасной области. В устройствах х16 страницы разделены на главную область объемом 256 слов и запасную объемом 8 слов.
Рис. 3. Организация массива NAND-памяти
NAND-флэш устройства со страницами 528 байт/264 слова могут содержать негодные блоки, в которых может быть одна и более неработоспособных ячеек, надежность которых не гарантируется. Помимо этого, дополнительные негодные блоки могут появиться в ходе эксплуатации изделия. Информация о плохих блоках записывается в кристалл перед отправкой. Работа с такими блоками выполняется по процедуре, детально описанной в справочном руководстве по микросхемам памяти Hynix.
При работе с микросхемами памяти выполняются три основных действия: чтение (рис. 4), запись (рис. 5) и стирание (рис. 6).
Рис. 4. Диаграмма процедуры чтения
Процедуры чтения данных из NAND-памяти могут быть трех типов: случайное чтение, постраничное чтение и последовательное построчное чтение. При случайном чтении для получения одной порции данных нужна отдельная команда.
Чтение страницы выполняется после доступа в режиме случайного чтения, при котором содержимое страницы переносится в буфер страницы. О завершении переноса информирует высокий уровень на выход «Чтение/занят». Данные могут быть считаны последовательно (от выбранного адреса столбца до последнего столбца) по импульсу сигнала на Read Enable (RE).
Режим последовательного построчного чтения активен, если на входе Chip Enable (CE) остается низкий уровень, а по входу Read Enable поступают импульсы после прочтения последнего столбца страницы. В этом случае следующая страница автоматически загружается в буфер страниц и операция чтения продолжается. Операция последовательного построчного чтения может использоваться только в пределах блока. Если блок изменяется, должна быть выполнена новая команда чтения.
Рис. 5. Диаграмма процедуры записи
Стандартной процедурой записи данных является постраничная запись. Главная область массива памяти программируется страницами, однако допустимо программирование части страницы с необходимым количеством байт (от 1 до 528) или слов (от 1 до 264). Максимальное число последовательных записей частей одной и той же страницы составляет не более одной в главной области и не более двух в резервной области. После превышения этих значений необходимо выполнить команду стирания блока перед любой последующей операцией программирования этой страницы. Каждая операция программирования состоит из пяти шагов:
- Один цикл на шине необходим для настройки команды записи страницы (80h).
- Три шинных цикла требуются для передачи адреса (Col-Row1-Row2).
- Выдача данных на шину (до 528 байт / 264 слов) и загрузка в буфер страниц.
- Один цикл на шине необходим для выдачи команды подтверждения для старта контроллера PER (10h).
- Выполнение контроллером PER записи данных в массив.
Рис. 6. Диаграмма процедуры стирания
Операция стирания выполняется за один раз над одним блоком. В результате её работы все биты в указанном блоке устанавливаются в «1». Все предыдущие данные оказываются утерянными. Операция стирания состоит из трех шагов (рис. 6):
- Один цикл шины необходим для установки команды стирания блока (60h).
- Только два цикла шины нужны для задания адреса блока. Первый цикл (A0-A7) не требуется, поскольку верны только адреса с А14 по А26 (старшие адреса), А9-А13 игнорируются.
- Один цикл шины необходим для выдачи команды подтверждения для старта контроллера PER (D0h).
Помимо Hynix микросхемы NAND-памяти выпускаются еще несколькими производителями, среди которых весьма большую номенклатуру и объем продаж изделий имеет компания Samsung. Ассортимент выпускаемых компанией Samsung изделий более широк, чем у Hynix.
Выпускаемые Samsung изделия имеют развитые аппаратные возможности защиты данных: защиту от записи для BootRAM, защитный режим для Flash-массива и защиту от случайной записи при включении и выключении. В остальном устройство микросхем памяти Hynix и изделий семейства NAND Flash от Samsung практически идентично.
В этой ситуации предпочтительным для потребителя вариантом является продукция того производителя, рыночная стоимость изделий которого наиболее приемлема. Высокое быстродействие при считывании последовательных потоков данных предопределяет широкую сферу применимости NAND-флэш. Весьма популярным и перспективным рынком для памяти такого типа является рынок твердотельных накопителей для шины USB. Помимо этого, наиболее выгодным оказывается использование такой памяти в MP3-плеерах, цифровых фотоаппаратах, компьютерах — наладонниках и в другом подобном оборудовании.
Источник: al-tm.ru