Здравствуй, Geektimes! Мы довольно часто говорим о преимуществах SSD, развенчиваем мифы о твердотельных накопителях, вот сравнительно не так давно кроме того на производстве побывали. А как же, фактически, трудится флэш-память? В чем отличие между различными типами NAND?

Всех желающих разобраться в этих вопросах милости просим под кат.
Смотрите кроме этого: OCZ RevoDrive — NVMe SSD со скоростью работы 2,4 Гб/с

Разработка Solid State Drive неспешно начинается. Количество накопителей возрастает, цена, $/ГБ неспешно понижается, а надежность таких устройств возрастает. На CES 2016 сходу пара производителей продемонстрировали последние успехи в данной сфере. Несколько OCZ Technology, часть Toshiba Group Company, на данной выставке продемонстрировала новую модель накопителя — RevoDrive 400 NVMe PCI Express SSD. Производительность устройства велика.

Так, OCZ применяла разработку NVMe для улучшения показателей чтения/записи.

Взор в прошлоеПрежде, чем начать отечественный разговор, давайте ненадолго отыщем в памяти о твёрдых дисках. Как мы знаем, последние хранят данные на нескольких магнитных пластинах, каковые в народе именуют платтерами. В упрощенной форме — актуатор со считывающими головками приобретает данные, а для совершении процессов чтения/записи диск все время вращается.

Вряд ли имеется суть на долгое время тут останавливаться, но принципиально важно уловить сущность.Потому, что блок головок диска обязан совпадать с определенной областью (дорожкой) для считывания либо записи данных, а диск вращается неизменно, нужно некое время, перед тем как они смогут получить доступ к информации, и необходимый сектор окажется под головкой, в особенности в случае если запросы хаотичны. И не смотря на то, что задержка у HDD измеряется в миллисекундах, этого достаточно, дабы вынудить ожидать CPU, задержка которого измеряется в наносекундах.

В одной миллисекунде один миллион наносекунд, а в среднем твёрдому диску нужно от 10 до 15 миллисекунд для поиска информации и начало ее чтения. Да, на данный момент имеется решения, скорость вращения которых достигает 15 тысяч оборотов в 60 секунд, но кроме того самый стремительный HDD не будет такими быстрым, как хотелось бы.Мало теорииВозможно, так бы мы с вами и ограничивались «весьма» стремительными HDD (как сказал Генри Форд: «если бы я поинтересовался у людей, что они желают, они бы попросили меня создать стремительных лошадей»), но производители накопителей, среди которых и ваш покорный слуга, благо не стоят на месте.

Показались SSD (Solid-state drives либо твердотельные накопители), где информация хранится не на вращающихся дисках, а при помощи флэш-памяти NAND. На ней мы и остановимся детально.При с NAND информация хранится в массиве ячеек памяти — это транзисторы с плавающим затвором (Floating Gate).

В зависимости от направления напряжения происходит перемещение электронов между Control Gate (управляющим затвором) и каналом NAND.Когда на управляющий затвор подается напряжение, электроны начинают притягиваться вверх — полученное электрическое поле оказывает помощь им достигнуть плавающего затвора, преодолев наряду с этим препятствие из оксида. Последний выступает в качестве изолятора, поскольку как раз благодаря нему электроны не двигаются дальше плавающего затвора.

Так происходит программирование ячейки.Процесс стирания ячейки выглядит с точностью напротив — напряжение подается на канал, электроны перемещаются от плавающего затвора через оксид обратно при помощи заземления управляющего затвора. Ячейка с одним транзистором трудится следующим образом. В зависимости от наличия либо отсутствия заряда на плавающем затворе определяется состояние транзистора — открыт он либо закрыт.

При рассмотрении подачи напряжения на управляющий затвор в качестве инициализации ячейки памяти возможно делать выводы о наличии либо отсутствии заряда на плавающем затворе по напряжению между стоком и истоком. В случае если на плавающий затвор поместить подать и электрон напряжение на управляющий затвор, транзистор будет закрыт. Возьмём ячейку памяти, которая способна хранить один бит.

При применении способа инжекции тёплых электронов происходит подача напряжения на сток и управляющий затвор, что ведет к перемещению электронов через барьер. Ячейка с двумя транзисторами является модификацией однотранзисторной.

В этом случае транзистор (простой) изолирует битовую линию от транзистора с плавающим затвором.Удаление заряда с плавающего затвора происходит при помощи подачи отрицательного напряжения на управляющий затвор (на исток — хорошее напряжение). В следствии имеем туннелирование Фаулера — Нордхейма: электроны перемещаются (туннелируют) из области плавающего затвора в исток.Цикл перезаписи.

Прежде, чем программировать новую ячейку с новыми электронами, нужно сперва очистить ветхие. На практике практически всем пользователей не приходится обращать внимание на количество циклов перезаписи, потому, что ресурса SSD свободно хватает на каждые количества записываемых данных. Действительно, попадаются и досадные исключения, но на то и нужна гарантия от производителя.В твердотельных накопителях флэш-память складывается из блоков, а последние — складываются из страниц.

Запись информации осуществляется как раз в эти страницы, а для обновления данных не хватает неактуальные страницы. Так что вначале эти перемещаются из ветхих страниц в новые, после этого отправляются в второй блок, и лишь затем происходит стирание блока с неактуальными данными. Когда блок будет стерт, он будет свободен для записи новых данных.

Таковой вот умный процесс — в визуальном формате он думается значительно более понятным.Разумеется, отсутствие движущихся дисков (да и по большому счету подвижных частей) — одно из основных преимуществ SSD над твёрдыми дисками, и именно это дает твердотельным накопителям трудиться на скоростях, заметно превосходящих HDD. Для наглядности — вот сводная таблица по времени задержки разных типов NAND и HDD.SLC, MLC, TLC — не просто сокращения, они обозначают количество бит в каждой ячейке.

Для SLC (Single) это один бит, для MLC (Multi) — два бита, для TLC (Triple) — соответственно, три бита. За счет этого MLC хранит вдвое больше информации, чем на данный момент, и это при том, что количество ячеек то же самое. В целом, принцип работы у этих типов NAND однообразный, что нельзя сказать о выносливости.В течение определенного времени физическая структура ячеек возможно подвержена износу за счет уменьшения слоя оксида, позванного активностью электронов.

Как следствие — электроны накапливают отрицательный заряд и застревают, подается более высокое напряжение, слой оксида снова значительно уменьшается. Таковой вот замкнутый круг получается.SLC, MLC и TLC отличаются по выносливости. В случае если, например, забрать кристалл NAND плотностью 16 Гбит, возьмём SLC 16 Гбит при том, что в каждой ячейке один бит. Соответственно, для MLC это будет 32 Гбит, а для TLC — 48 Гбит.

Действительно, в последнем случае кристалл NAND все равно приходится резать, в итоге получается эквивалент 32 Гбит у MLC. Кто же по-вашему способен выдержаться самые громадные трансформации в напряжении?С двумя уровнями (0,1) у SLC по этому параметру наилучший показатель — данный тип NAND выдерживает широкий диапазон колебаний напряжения.

С повышением уровней данный диапазон значительно уменьшается, исходя из этого у TLC с ее 8 битами и 3 уровнями в ячейке самое малое количество циклов перезаписи.Потому, что с уменьшением кристалла уже давно появились неприятности, на смену современной планарной флеш-памяти NAND приходит 3D NAND. Она меньше подвержена износу за счет отсутствия необходимости в подаче большого напряжения при записи данных в ячейку.

Производители деятельно развивают данное направление и дают разработке личные заглавия (у Samsung — 3D V-NAND, у Toshiba — BiCS 3D NAND и без того потом). Суть в том, что в этом случае мы приобретаем цилиндр с верхним слоем в роли управляющего затвора, наряду с этим внутренний слой делает роль изолятора. Сами Ячейки находятся приятель под втором, образуя стек.

Управляющая логика размещается под массивом памяти, освобождается площадь чипа, где потом находят себе «дом» ячейки памяти.Мало практикиВсе вышеперечисленное мы с вами не можем замечать самостоятельно (по крайней мере без особого оборудования). А вот как все это выглядит по окончании изготовления печатных плат, пайки, микросхем и установки чипов:OCZ Trion 150Тут мы видим и микросхемы буфера-и флэш памяти и контроллер, заботливо накрытый терморезинкой.

Да, тема у нас не об устройстве SSD, а работе флеш-памяти, но без контроллера тут никуда. И вот из-за чего.Контроллер распределяет запись в ячейки флеш-памяти, «командует» чтение из ячеек памяти и TRIM (об этом чуть позднее) — в общем, фраза «незаменимых у нас нет» — это не про него. Именно он осуществляет контроль передачу данных, как на SATA, так и на PCIe, распределяет данные по NAND для меньшего износа.

Без помощи firmware, очевидно, тут не обойтись.К флэш-памяти контроллер подключается параллельно и, как видите, делает одну из главных ролей. В Trion 150, к примеру, употребляется контроллер Toshiba, а в Vertex 460A 0 уже Barefoot 3 M10 от OCZ.Ах да, чуть не забыли про кэш. Он есть надежным спутником контроллера: когда дается команда поменять файл на на данный момент, блок вначале попадает в память кэша, где и происходит изменение.

Сейчас неактуальные данные в NAND удаляются, а контроллер находит, куда же поместить данные, которая была помещена в буфер. Фундаментальный принцип — выбрать ячейку с мельчайшим износом, чем и занимается контроллер, по окончании его команды поменянные эти отправляются в новый «дом».на данный момент большая часть SSD, а также от OCZ, кроме этого поддерживают TRIM — особую разработку, которая отмечает неактуальные эти.

В этом случае ненужная информация не записывается в другие блоки памяти, что благоприятно воздействует не только на количество циклов перезаписи, но и саму скорость записи.Минутка философииОчевидно, если сравнивать с простыми твёрдыми дисками NAND — настоящий прорыв, но и у нее имеется недостатки и свои проблемы. Да, NAND имеет огромные возможности в плане емкости накопителей, но цена за гигабайт не радует.

Вряд ли в скором будущем по этому параметру удастся «поймать» твёрдые диски. За счет использования SLC-быстрых стандартов и кэшей данных SSD стали еще более производительными, имеют хорошую пропускную свойство. Однако в долговременной возможности предполагается, что на смену NAND все же придет что-то второе.

И в действительности, 3D NAND — первый «звоночек», что об этом свидетельствует.на данный момент NAND, непременно, на коне — как говорят, true king of the hill. И останется этим королем как минимум ближайшие 4-5 лет.

LG P765 не включается. Замена флеш памяти 😉