Флеш память наиболее актуальный и распространенный носитель информации. Из статьи вы узнаете, сколько существует типов флэш-памяти и в чем различия.
Для чего нужна флеш-память?
Флэш-память используется для записи и чтения информации. Отсутствие механических частей способствует высокой скорости обмена данными, компактным габаритам и весе. А ещё устойчивости к перегрузкам и вибрациям. По этой причине флэш-память используется во всех сферах.
Сколько типов флэш-памяти существует?
Существуют 5 типов флеш-памяти, различающихся количеством бит хранимых в каждой ячейке:
- SLC – 1 бит.
- MLC – 2 бита.
- TLC – 3 бита.
- QLC – 4 бита.
- PLC – 5 бит.
Все 5 типов памяти работают по одному принципу. Микросхема состоит из массива ячеек представляющих собой транзисторы с плавающим затвором. В пустой ячейке затвор открыт, а в занятой затвор закрыт и хранит заряд в виде электрона. Регулируется такой процесс подачей энергии на ячейку, а ещё установленным пороговым напряжением. Если напряжение в ячейке выше порогового, управляющим контроллером ячейка определяется занятой, напряжение ниже порогового – ячейка свободна.
Ещё чем больше бит вмещается в ячейку, тем выше энергопотребление памяти и устройства в целом.
SLC
Память с одноуровневой ячейкой способной хранить только 1 бит данных в ячейке. Благодаря такому размещению достигается наивысшая скорость записи и чтения среди всех типов флэш-памяти, ввиду двух значений порогового напряжения. Ещё память отличается высокой долговечностью при перезаписи – 50 000 циклов.
При этом низкая плотность хранения данных негативно сказывается на себестоимости производства микросхем памяти. Поэтому накопители с SLC памятью используются преимущественно в серверах и дата центрах, где требуется высокая пропускная способность и долговечность.
Более широкое распространение SLC память приобрела в SSD накопителях, как кэш. Примерно 5-20% общего количества ячеек работают в SLC режиме, а остальные в TLC или QLC. Такое решение позволяет копировать данные на накопитель с высокой скоростью, пока SLC буфер не заполнится, после чего скорость падает в несколько раз из-за использования другого типа памяти.
MLC
Память с многоуровневой ячейкой позволяющей хранить 2 бита данных в одной ячейке. Для этой цели используется 4 значения порогового напряжения. В результате скорости работы памяти снизилась в 1.5-2 раза при сравнении с SLC, так как управляющему контроллеру требуется больше времени на определение записанного бита. Ресурс ячеек снизился до 3000 циклов, поскольку для записи данных требуется перезаписывать все 4 значения порогового напряжения в ячейке.
При этом плотность хранения данных выросла в 2 раза. А снижение цены производства памяти поспособствовало распространению накопителей с MLC на потребительском рынке.
TLC
Память с трехуровневой ячейкой позволяющей вместить 3 бита данных в одну ячейку. Для реализации потребовалось ввести 8 значений порогового напряжения, что снизило скорость работы памяти примерно на 1.5 раза относительно MLC типа. Одновременно с падением скорости работы уменьшился ресурс ячеек до 1000-1500 циклов. При этом плотность микросхем выросла в 3 раза, что положительно отразилось на стоимости производства.
QLC
Память с четырехуровневой ячейкой. Что бы вмещать 4 бита в одной ячейке используется 16 значений порогового напряжения. В результате скорость работы памяти ещё сильнее сократилась, поскольку управляющему контроллеру требуется больше времени на определение комбинации записанных битов. Ресурс ячеек QLC памяти снизился в раза относительно MLC.
Положительная сторона QLC типа в наиболее высокой плотности хранимых данных, а так же дополнительном снижении себестоимости производства.
PLC
Память с пятиуровневой ячейкой. В настоящее время PLC микросхемы не поступили в продажу. При этом учитывая развитие предыдущих типов памяти, для записи 5 битов в ячейку потребуется ввести 32 пороговых значений напряжений. В результате скорость работы памяти и ресурс ожидаемо снизится относительно QLC.
SD-карты используют флеш-память?
Все SD карты производятся с использованием флеш-памяти. В картах с увеличенным ресурсом и сроком службы применяется MLC память. В большинстве обычных накопителей применяется TLC память с оптимальным соотношением цены, ресурса и производительности. Память QLC используют в недорогих картах или подделках.
Какие существуют два основных типа памяти?
Наиболее распространенные современные типы памяти – NAND и DRAM.
NAND
NAND – энергонезависимый тип памяти. После отключения питания данные не стираются, а хранятся внутри массива ячеек транзисторов.
Конструктивно NAND память представляет собой структурированный массив ячеек с транзисторами и двумя состояниями затвора: открытый и закрытый. Транзистор с открытым затвором пустой. Транзистор с закрытым затвором занят электроном и используется для хранения данных.
Дальнейшее развитие NAND памяти получило название 3D NAND. Некоторые компании продвигают технологию под другим названием: BiCS или V-NAND. В 3D NAND ячейки уложены друг на друга слоями. Благодаря такому исполнению удалось увеличить плотность одной микросхемы памяти. Некоторые производители планируют через несколько лет освоить производство 512-слойной памяти.
Память NAND используется в устройствах для постоянного хранения данных: внутри телефонов и планшетов, в умных часах и браслетах, в USB флеш картах, в SD и MicroSD картах, в SSD накопителях и т.д.
DRAM
DRAM относится к типу энергозависимой памяти. Для хранения данных необходима постоянная подача питания. После прекращения подачи энергии память очищается.
Память DRAM представляет собой массив ячеек конденсаторов и транзисторов. Для записи данных конденсатор заряжает ячейку, тогда затвор транзистора закрывается. Для очищения данных конденсатор разряжает ячейку и тогда затвор транзистора открывается.
Память DRAM отличается высокой пропускной способностью, превышающей NAND в десятки раз. Срок службы DRAM так же превосходит NAND память. Поэтому DRAM нашли применение в качестве оперативных запоминающих устройств – ОЗУ. Память DRAM используется в модулях памяти для ПК и ноутбуков, в телефонах и планшетах, наручных аксессуарах и т.д. Память DRAM так же используют в качестве буфера обмена в устройствах, требовательных к задержкам, например в SSD.
Часто задаваемые вопросы
SSD – флеш память?
Накопитель Solid-State Drive или SSD использует для хранения информации флеш память преимущественно типа NAND. На печатной плате может размещаться 1-4 микросхемы памяти. Для получения SDD большой емкости производители обычно используют чипы памяти с высокой плотностью.
Какой тип устройства является флэш-памятью?
С флеш памятью принято считать любое устройство, где для хранения информации используются микросхемы памяти. Микросхемы флеш памяти используются во всех переносных устройствах: телефоны, планшеты, ноутбуки, умные часы и смарт браслеты. Носители информации без флеш памяти используются для стационарного использования внутри ПК, серверов и дата центров.
EPROM или EEPROM относится к флеш памяти?
EPROM и EEPROM относятся к флеш памяти. Оба типа памяти – предшествующий тип современной флеш памяти.
Что такое флэш-память и примеры?
Флеш память представляет собой микросхему массива ячеек с транзисторами внутри корпуса. Транзистор каждой ячейки позволяет уместить 1 бит информации, поэтому одна микросхема содержит миллионы ячеек. Микросхема распаивается на печатной плате и содержит контроллер для управления памятью. Контроллер считывает и записывает информацию, а так же может выполнять дополнительные функции: выравнивание износа, переназначение или отключение неисправных ячеек памяти и т.д. Флеш память используется в различных мобильных устройствах для хранения данных. Встроенная флеш память используется в смартфонах, планшетах, умных часах и фитнес браслетах. Расширяемая флеш память представлена в виде SSD дисков и SD карт памяти.
Что такое флэш-память в компьютере?
Флеш память в компьютере представлена в виде SSD дисков и NVMe накопителей. Такие накопители используются в основном для работы операционной системы, запуска требовательных к ресурсам игр и программ. Микросхемы с флеш памятью так же встроены в материнскую плату и видеокарту компьютера для хранения БИОСа.
Какие материалы используются во флэш-памяти?
Основной компонент флеш-памяти – транзистор с плавающим затвором. Транзисторы созданы из полупроводника кремния. В качестве корпуса для микросхемы используется пластикат. Так же присутствует металл для пайки к контактам на печатной плате.
Кто изобрел флэш-память?
Первым изобретателем флэш памяти считается Фудзио Масуока – инженер компании Toshiba. Разработка была представлена в 1984 году. Сам же термин «флэш» придумал Сёдзи Ариидзуми – другой работник компании Toshiba.
Как хранится флэш-память?
Флэш память состоит из массива ячеек транзисторов с плавающим затвором. Каждый транзистор хранит 1 бит информации. Для хранения информации в транзистор переходит электрон, после чего затвор транзистора закрывается.
Что такое NAND и NOR флэш-память?
NAND и NOR – флэш память с разным методом соединения ячеек в массив. В NAND конструкция выполнена в идее трехмерного массива, а NOR в виде классической двухмерной матрицы. В NAND можно увеличить плотность компоновки из-за маленького размера ячейки, при этом доступ к каждой ячейке затрудняется. В NOR наоборот реализован быстрый доступ к каждой ячейке, при этом невозможно создать компактного размера ячейку. Поэтому NAND используется для хранения большого объема данных. А NOR в качестве памяти для микропроцессоров и хранения небольшого объема данных.
Какая флэш-память самая быстрая?
Самой быстрой флэш памятью можно считать 3D XPoint. Это энергонезависимая память разработанная Intel и Micron. В некоторых операциях накопители Optane с памятью 3D XPoint в 2-3 раза превосходят лучшие накопители с памятью типа NAND. При этом стоимость накопителей с памятью 3D XPoint выше в 5-10 раз накопители с NAND памятью.
Видео инструкции
Вывод
В статье подробно описано, сколько типов флэш-памяти существует. В настоящее время активно используется MLC, TLC и QLC тип. Из-за высокой себестоимости и низкой плотности хранимых данных SLC тип выпускается только для корпоративного сектора, а так же используется в качестве кэша с сочетанием других типов памяти. А продажи PLC памяти ожидаются в обозримом будущем.
Какие у вас имеются вопросы? Оставляйте сообщения в комментариях внизу статьи.