Трехмерная память MLC 3D NAND –очередной этап развития твердотельных накопителей. Преимущества и перспективы этой технологии на ближайшее будущее.
SSD-накопители информации, как известно, производятся для бытового использования, в основном, двух типов: MLC и TLC. Судить о том, что лучше — MLC или TLC – не имеет особого смысла, так как каждый тип имеет свои преимущества и недостатки.
В последнее время на производстве твердотельной памяти стала использоваться технология трехмерного формирования ячеек — 3D NAND. Это позволяет преодолеть главную проблему – ограничения размеров кристалла в длину и ширину. При трехмерном расположении слои ячеек накладываются один на другой и их плотность значительно увеличивается.
Увеличивается при этом и объем памяти, который можно разместить в одном кристалле. Больше того, увеличивается и скорость передачи информации между ячейками, так как они расположены более плотно. Однако все не так просто.
NAND технология выращивает слои ячеек на подложке путем осаждения полупроводников из паровой фазы. Адреса ячеек получаются как раз на местах пересечения битовый линий и строк из ячеек. То есть такой кристалл похож на вафлю. В 3D NAND технологии необходимо еще соединить между собой вертикальные слои. Для этого, после наращивания слоя, производится вытравливание отверстий, через которые и происходит соединение слоев между собой.
CH431A терминальный лог телевизора Samsung. Диагностика
Эти отверстия должны быть очень точно расположены, строго вертикально, нигде не отклоняясь и не скручиваясь. В настоящее время существуют ограничения по количеству слоев, которые способны протравить современные машины. Отношение высоты вертикального канала к его ширине пока составляет от 30:1 до 40:1. Поэтому количество слоев, которые можно уложить друг на друга и протравить в них вертикальные отверстия составляет 32 или 48.
Чтобы протравить отверстия с отношением 60:1 потребуются новые машины, но только это позволит создавать 3D NAND кристаллы памяти с 64 слоями ячеек.
3D MLC – что дальше
Первые накопители по технологии NAND изготовили типа TLC. Это понятно, так как в одной ячейке TLC можно хранить 3 бита памяти, поэтому размеры такого кристалла с точки зрения изготовления более просты.
Но уже вскоре появились первые накопители 3D MLC NAND, которые хранили в одной ячейке всего 2 бита и позволили ускорить работу и увеличить надежность. К слову сказать, трехмерная MLC память потребляет и меньше энергии, так что ее применение будет только расширяться.
- увеличением числа слоев;
- укладкой 2 и более 3D-матриц в одну структуру.
Второй путь уже применяется для создания 96-слойных микросхем MLC NAND путем соединения двух 48-слойных матриц. Этот метод получил название стринг-технологии и, в принципе, позволяет соединять и более 2 матриц. Но пока стоимость таких накопителей не оправдывает вложений в их производство.
Самый полный гайд по ремонту телевизора Самсунг (замена NAND)
Источник: godnyesovety.ru
NAND или NOR… какую флэш-память выбрать для проекта?
Различные приложения и выполняемые функции требуют использования различных видов флэш-памяти. В статье обсуждаются особенности применения NAND- и NOR-памяти для хранения кода программы и данных системы. Описывается универсальное решение для подсистемы памяти на базе RAM, NAND- и NOR-памяти, сочетающее преимущества обоих типов флэш-памяти. Статья представляет собой сокращенный перевод работы [1].
С момента появления в 70-х гг. прошлого века встраиваемых систем на этом рынке все время ожидали закулисного персонажа под названием «универсальная память», который, наконец, выйдет на сцену и заменит всю иерархию памяти, доставшуюся в наследство от больших ЭВМ, мини-ЭВМ и настольных компьютеров.
Эти ожидания усилились с появлением встраиваемых, мобильных, портативных компьютеров, и кандидаты на роль универсальной памяти появились на сцене. Некоторые персонажи — такие как EEPROM, EPROM, УФ-EPROM, ферроэлектрическое RAM и др. варианты псевдо-RAM — были отклонены. Другие кандидаты — например, магнитные RAM, рассматривались, однако их перспективы были сомнительны по ряду экономических и технических причин.
В то же время некоторые действующие лица «пьесы», в частности, различные типы флэш-памяти NAND и NOR, рекламируются производителями как кандидаты на роль универсальной памяти или, по крайней мере, как родственники или близкие друзья этого персонажа. К этим разновидностям флэш-памяти относятся следующие типы устройств: OneNAND, OrNAND, iNAND, GBNAND, moviNAND, ManagedNAND и NANDrive.
Флэш-память является наиболее практичным решением для таких систем, однако ключевое значение имеет выбор типа флэш-памяти, который наилучшим образом подходит для разрабатываемого проекта. Какой же выбор будет оптимальным?
Использование недорогой флэш-памяти NAND большой емкости требует применения системы контроля дефектов, что усложняет подсистему памяти. Кроме того, возникает необходимость поддержки различных типов памяти и интерфейсов разных производителей.
Полностью управляемая подсистема памяти может содержать интерфейс стандартной памяти RAM (PSRAM или SDR/DDR SDRAM). Такая подсистема памяти обеспечивает интеграцию с процессором хоста и исключает необходимость контроля памяти со стороны системы.
NOR-память появилась раньше NAND-памяти и в настоящее время широко применяется во встраиваемых системах. NOR-память используется как для хранения кода программы, так и данных. Основным ее преимуществом является непосредственное исполнение кода из флэш-памяти (execute-in-place — XIP). К тому же NOR-память можно непосредственно соединить с хост-процессором, что упрощает проект и уменьшает время разработки.
С ростом использования функций мультимедиа во встроенных системах увеличивается также потребность в объеме хранимых данных и кодов программ. Для таких приложений использование NOR-памяти большой емкости для хранения кодов и данных становится менее рентабельным по сравнению с использованием NAND-памяти. При этом максимальная емкость NOR-памяти в настоящее время ограничена 1 Гбит.
NAND-память для хранения данных и кода
NAND-память удобна для использования в приложениях, требующих хранения кода значительной величины (такого, как операционная система (ОС) или приложение) и больших объемов данных, т.к. NAND-память не дорога, а ее емкость достигает 16 Гбит на кристалл. В отличие от NOR-памяти, NAND-память не поддерживает непосредственное выполнение кода (XIP) или произвольную выборку.
В результате в некоторых системах, использующих NAND-память, требуется также NOR-память малой емкости для системной загрузки и выполнения кода BIOS. В других системах функции начальной загрузки может выполнять контроллер NAND-памяти или встроенная загрузочная ROM хост-процессора. После загрузки системы на базе NAND-памяти для выполнения кода используется либо затенение кода (shadowing), либо выделение страниц по запросу (demand paging). В случае затенения вся ОС и приложения копируются из NAND-памяти в системную RAM, а во втором случае — ОС и приложения копируются в системную RAM по частям и выполняются по мере необходимости.
Хотя NAND-память недорога и имеет большую емкость, чем NOR-память, она менее надежна и требует применения технологии контроля дефектов, включая обнаружение и коррекцию ошибок, а также механизм выравнивания износа (wear-leveling) во многих приложениях. Для реализации этих функций управления флэш-памятью требуются сложные аппаратные и программные средства. На рисунке 1 изображена система, в которой управляющий чипсет (хост) связан с NAND-памятью. В такой системе функции контроля ошибок должны выполняться этим чипсетом. Запуск функций управления на хосте требует некоторой доработки программного обеспечения, а также использования ресурсов ЦП и памяти хоста, что снижает общую производительность системы.
Рис. 1. Система, состоящая из чипсета хоста, соединенного с автономной NAND-памятью
С уменьшением проектных норм длина кода коррекции ошибок для NAND-памяти с одноуровневыми ячейками (single-level cell — SLC) увеличилась с 1 до 4 бит на 512-байт сектор, а для NAND-памяти с многоуровневыми ячейками (multi-level cell — MLC) — с 4 до 8 бит на 512-байт сектор. Размер страницы увеличился с 512 до 4096 байт.
Ресурс некоторых типов SLC NAND-памяти с уменьшенными проектными нормами снижен со 100 тыс. до 50 тыс. циклов перезаписи, а для MLC NAND-памяти — с 10 тыс. до 5 тыс. циклов (в некоторых случаях до 3 тыс. циклов). Для того чтобы снизить количество элементов в системе, многие производители интегрируют контроллер NAND-памяти в чипсет, который непосредственно подключается к отдельной NAND-памяти. Однако из-за длительного цикла проектирования производителю чипсета довольно сложно отслеживать изменения в технологии NAND-памяти. Поэтому функциональные возможности встроенного в чипсет контроллера NAND-памяти будут всегда отставать от технологии NAND-памяти.
Существует несколько решений, подобных NAND-памяти, которые позволяют улучшить производительность и функциональные возможности стандартной NAND-памяти. Например, флэш-память OneNAND является разновидностью NAND-памяти, которая сочетает в одном устройстве RAM и отдельную SLC NAND-память для обеспечения начальной загрузки и увеличения скорости выборки. OneNAND-память требует 1-бит код коррекции ошибок для каждого 512-байт сектора и управление функциями, реализованное либо на чипсете, либо с помощью отдельного контроллера.
Другая разновидность NAND-памяти — OrNAND-память содержит MirrorBit NOR-память с интерфейсом NAND-памяти, что обеспечивает уменьшение времени записи по сравнению с обычной NOR-памятью. OrNAND-память также требует применения системы коррекции ошибок с длиной кода 1 бит, реализованной на чипсете или на отдельном контроллере для обеспечения надежной загрузки системы. Кроме того, максимальная емкость OrNAND-памяти в настоящее время ограничена 1 Гбит, что уступает емкости NAND-памяти.
Управляемая NAND-память для хранения данных
Из-за ограниченных возможностей встроенного контроллера NAND-памяти многие системные разработчики используют решения на основе управляемой (managed) NAND-памяти. Некоторые производители предложили продукты на основе управляемой NAND-памяти, которые позволяют снизить сложность обычной подсистемы памяти во встраиваемом приложении. Варианты управляемой NAND-памяти включают iNAND, GBNAND, moviNAND, Managed NAND и NANDrive. Они используются в основном для хранения данных. Эти решения позволяют уменьшить сложность системы благодаря эффективному управлению NAND-памятью с помощью встроенного контроллера и файловой системы флэш-памяти (flash file system — FFS), как показано на рисунке 2.
Рис. 2. Система с управляемой NAND-памятью для хранения данных
Эти устройства используют стандартные интерфейсы, например Secure Digital (SD), MultiMediaCard (MMC) или Advanced Technology Attachment (ATA). Например, iNAND и GBNAND используют интерфейс SD, moviNAND и Managed NAND — интерфейс MMC, а NANDrive — интерфейс ATA. Эти устройства не поддерживают непосредственное выполнение кода (XIP), поэтому для обеспечения загрузки в таких системах необходима NOR-память.
Использование управляемой NAND-памяти исключает необходимость реализации сложных функций управления памятью на хосте. В результате у производителей чипсетов нет необходимости постоянно следить за изменениями в технологии NAND-памяти.
Гибридные решения на основе управляемой NAND-памяти
Поскольку управляемая NAND-память не обеспечивает возможность загрузки системы, разработчикам приходится использовать для этого более дорогую NOR-память. Однако в последнее время появились гибридные решения, например флэш-память mDOC H3. В таких гибридных системах используются RAM и управляемая NAND-память в пределах одного устройства, что упрощает построение системы, как показано на рисунке 3.
Рис. 3. Система с гибридным устройством памяти, содержащим RAM и управляемую NAND-память
Гибридная память позволяет решить проблему загрузки, связанной с использованием управляемой NAND-памяти. Она обеспечивает загрузку системы непосредственно из NAND-памяти, исключая необходимость применения более дорогой NOR-памяти, что снижает общие системные затраты. Гибридная память также позволяет снизить число компонентов в системе и габариты, что имеет важное значение для таких приложений как сотовые телефоны. Эти решения обеспечивают большую емкость памяти, т.к. используют NAND-память.
С другой стороны, гибридная NAND-память имеет большее время загрузки, поскольку необходимо скопировать загрузочный код из NAND-памяти в загрузочную RAM после включения питания. Кроме того, гибридная NAND-память более сложна, ее трудно интегрировать в систему, а для работы с ней требуется ОС, которая поддерживает выделение страниц по запросу (demand paging) на хосте.
Флэш-память mDOC H3 использует шину NOR-типа для связи с процессором хоста и обеспечивает более быстрое считывание, чем NAND-память, и более быструю запись, чем NOR-память. Из-за большей скорости записи эти устройства подходят для хранения мультимедийных данных.
Использование управляемой NAND-памяти или даже гибридной управляемой NAND-памяти с возможностью загрузки системы не позволяет в значительной степени упростить построение подсистемы памяти. Разработчики все еще должны учитывать различные типы памяти и интерфейсов разных производителей и другие особенности системы.
Такие типы подсистем памяти часто требуют использования множества компонентов с большим количеством выводов, разработки сложных аппаратных и программных средств. Это увеличивает стоимость системы, площадь печатных плат, время разработки и потребляемую мощность. Кроме того, увеличивается сложность внешнего контроллера памяти в процессоре хоста. Для современных систем необходимы удобные для пользования полностью управляемые подсистемы памяти для хранения данных и кода со стандартной шиной и RAM, интегрированные в одном устройстве.
Разработчики нуждаются в подсистеме памяти, которая обеспечивает хранение сотен Мбит кода с возможностью непосредственного выполнения (XIP), а также удовлетворяет растущим требованиям по хранению мультимедийных данных. Такая система должна сочетать преимущества NOR-памяти (быстрое чтение), NAND-памяти (низкая стоимость и большая емкость) и RAM (удобное обращение по шине). Это решение также должно быть простым в использовании и не сложным при проектировании. Такая система требует минимальной дополнительной разработки аппаратных и программных средств, имеет стандартный интерфейс связи с чипсетом хоста или процессором без использования дополнительной логики и обеспечивает такой же простой и удобный доступ, как к SRAM.
Встроенный контроллер этой подсистемы памяти должен обеспечивать коррекцию ошибок, управление дефектными блоками и выравнивание износа (wear-leveling) NAND-памяти. Контроллер должен иметь возможность также управлять встроенной памятью всех типов (NOR, NAND и RAM) для того, чтобы полностью освободить хост-систему от выполнения этих функций.
Подсистема памяти следующего поколения
В настоящее время на рынке доступны подсистемы памяти, обладающие всеми теми преимуществами, о которых говорилось выше. Одна из таких систем памяти в одном корпусе, конфигурация которой показана на рисунке 4, состоит из контроллера памяти со встроенной загрузочной NOR-памятью, NAND-памяти и RAM. Используя кэш RAM перед NAND-памятью, контроллер обеспечивает выделение страниц по запросу и другие функции управления памятью. Кроме того, кэш RAM обеспечивает линейную адресацию подсистемы памяти наподобие SRAM.
Рис. 4. Пример системы в одном корпусе, состоящей из контроллера памяти со встроенной загрузочной NOR-памятью, NAND-памяти и RAM: а) блок-схема, б) распределение памяти
Блок RAM разделен на две части, которые доступны со стороны хоста и могут быть сконфигурированы пользователем: кэш для псевдо NOR-памяти (PNOR) и системная RAM для хоста. Блок NAND-памяти используется для энергонезависимого хранения данных для области PNOR и отображения в памяти ATA NAND-диска. Конфигурируемый PNOR-блок эмулирует функцию NOR, используя кэш RAM и NAND-память.
Поскольку NAND-память используется как основной блок энергонезависимой памяти, это решение обеспечивает хранение достаточно крупного XIP-кода и способно эффективно заменить традиционное решение на базе более дорогой NOR-памяти большой емкости. С помощью стандартного протокола ATA по стандартной шине RAM (PSRAM или SDR/DDR SDRAM) это решение обеспечивает достаточную емкость для хранения данных в мультимедийных приложениях, использующих интерфейс ATA. Кроме того, кэш RAM в PNOR-блоке также способствует увеличению ресурса флэш-памяти и надежности хранения кода и данных посредством минимизации циклов чтения/записи NAND-памяти.
Поскольку устройство предлагается в компактном корпусе, такая подсистема управляемой памяти способна упростить построение интерфейса и системы, уменьшает время разработки, снижает общую стоимость решения и улучшает качество и надежность. К другим преимуществам относятся конфигурируемая пользователем псевдо NOR-память для хранения XIP-кода; надежная система детектирования и коррекции ошибок MLC и SLC NAND-памяти и возможность масштабирования системы для увеличения емкости памяти. Не требующая серьезных затрат на разработку аппаратных и программных средств, такая подсистема памяти может стать тем долгожданным персонажем из пьесы Беккета.
Источник: russianelectronics.ru
Что такое NAND флэш-память
NAND флэш-память была представлена компанией Toshiba в 1989 году. Устройства, использующие на NAND флэш-память работают по такому же принципу, как жесткий диск: информация записывается страницами по 512, 2048 и 4096 байт. К ним еще добавляются блоки ECC checksum, что как правило, имеют размер 1/32 страницы. Эти страницы объединяются в блоки по 32, 64 и 128 страниц.
Особенность этой памяти в том, что запись выполняется по страницам, а стирать можно только целые блоки по 32, 64 и 128 страниц.
Эта память также требует специального управления битыми секторами с помощью программного обеспечения драйвера устройства, либо с помощью специального контроллера. (Например SD карточки используют ок).
Первый физический блок, который не содержит ошибок (блок № 0) всегда гарантирует свою читаемость, и не может быть поврежден. Поэтому все важнейшие указатели для распределения памяти и составление плохих блоков прибора размещаются внутри этого блока (обычно указатель на плохие таблицы блоков и т. Д.). Если прибор используется для загрузки ОС, тогда этот блок также должен содержать таблицу загрузки (Master Boot Record).
1 thought on “Что такое NAND флэш-память”
- Pingback: Как выбрать жесткий диск для ноутбука: SSD vs HDD vs SSHD
Источник: laptopsdaily.com