В электронике , А клетка многоуровневый ( MLC ) является ячейка памяти способна хранить больше одного бита информации, по сравнению с клеткой одноуровневой ( SLC ) , который может хранить только один бит на ячейку памяти. Ячейка памяти обычно состоит из одного MOSFET с плавающим затвором ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), поэтому многоуровневые ячейки сокращают количество полевых МОП-транзисторов, необходимых для хранения того же количества данных, что и одноуровневые ячейки.
Трехуровневые ячейки ( TLC ) и четырехуровневые ячейки ( QLC ) представляют собой версии памяти MLC, которые могут хранить три и четыре бита на ячейку соответственно. Название « мульти -уровень клетка» иногда используется специально для обозначения « два -уровне клетки». В целом воспоминания имеют следующие названия:
- Одноуровневая ячейка или SLC (1 бит на ячейку)
- Многоуровневая ячейка или MLC (2 бита на ячейку)
- Трехуровневая ячейка или TLC (3 бита на ячейку)
- Четырехуровневая ячейка или QLC (4 бита на ячейку)
- Пентауровневая ячейка или ПЛК (5 бит на ячейку) - в настоящее время в разработке
Как правило, по мере увеличения количества «уровней» производительность (скорость и надежность) и потребительские затраты снижаются; однако это соотношение может различаться у разных производителей.
Примерами памяти MLC являются флэш-память MLC NAND , MLC PCM (память с фазовым переходом) и т. Д. Например, в технологии флэш-памяти SLC NAND каждая ячейка может находиться в одном из двух состояний, сохраняя один бит информации на ячейку. Большая часть флэш-памяти MLC NAND имеет четыре возможных состояния на ячейку, поэтому в ней можно хранить два бита информации на ячейку. Это уменьшает количество полей, разделяющих состояния, и приводит к возможности большего количества ошибок. Многоуровневые ячейки, рассчитанные на низкий уровень ошибок, иногда называют корпоративным MLC ( eMLC ).
Новые технологии, такие как многоуровневые ячейки и 3D Flash, а также увеличение объемов производства продолжат снижать цены. [1]
Одноуровневая ячейка [ править ]
Флэш-память хранит данные в отдельных ячейках памяти, которые сделаны из полевых МОП- транзисторов с плавающим затвором . Традиционно каждая ячейка имела два возможных состояния (каждое с одним уровнем напряжения), причем каждое состояние представляло либо единицу, либо ноль, поэтому один бит данных хранился в каждой ячейке в так называемых одноуровневых ячейках или флэш-памяти SLC. Память SLC имеет преимущество в более высокой скорости записи, более низком энергопотреблении и более высоком сроке службы ячеек. Однако, поскольку память SLC хранит меньше данных на ячейку, чем память MLC, ее производство стоит больше на мегабайт хранилища. Благодаря более высокой скорости передачи и ожидаемому большему сроку службы, в высокопроизводительных картах памяти используется технология флэш-памяти SLC.. В феврале 2016 года было опубликовано исследование, которое на практике показало небольшую разницу между надежностью SLC и MLC. [2]
Флэш-память с одноуровневой ячейкой (SLC) может иметь срок службы от 50 000 до 100 000 циклов программирования / стирания. [3]
Ячейка с одним уровнем представляет собой 1, когда она почти пуста, и 0, когда она почти заполнена. Существует область неопределенности (предел чтения) между двумя возможными состояниями, при которых данные, хранящиеся в ячейке, не могут быть точно прочитаны. [4]
Многоуровневая ячейка [ править ]
Основным преимуществом флэш-памяти MLC является более низкая стоимость единицы хранения из-за более высокой плотности данных, а программное обеспечение для чтения памяти может компенсировать более высокую частоту ошибок по битам . [5] Более высокая частота ошибок требует кода коррекции ошибок (ECC), который может исправить несколько битовых ошибок; например, флэш-контроллер SandForce SF-2500 может исправлять до 55 бит на 512-байтовый сектор с коэффициентом неисправимых ошибок чтения менее одного сектора на 10 17 прочитанных битов. [6] Чаще всего используется алгоритм Бозе-Чаудхури-Хоквенгема ( код BCH ). [7] Другими недостатками MLC NAND являются более низкая скорость записи, меньшее количество циклов стирания программ и более высокое энергопотребление по сравнению с флэш-памятью SLC.
Скорость чтения также может быть ниже для MLC NAND, чем для SLC, из-за необходимости читать одни и те же данные при втором пороговом напряжении, чтобы помочь устранить ошибки. Устройствам TLC и QLC может потребоваться считывать одни и те же данные до 4 и 8 раз соответственно, чтобы получить значения, которые можно исправить с помощью ECC. [8]
Флэш-память MLC может иметь срок службы от 1000 до 10000 циклов программирования / стирания. Обычно это требует использования файловой системы флэш-памяти, которая разработана с учетом ограничений флэш-памяти, таких как использование выравнивания износа для продления срока службы флэш-устройства.
В Intel 8087 использовалась технология двух битов на ячейку, и в 1980 году он был одним из первых устройств на рынке, в которых использовались многоуровневые ячейки ПЗУ. [9] [10] Intel позже продемонстрировала 2-битную многоуровневую ячейку (MLC) NOR flash в 1997 году. [11] NEC продемонстрировала четырехуровневую ячейку в 1996 году с микросхемой флэш-памяти объемом 64 Мб , хранящей 2 бита на ячейку. В 1997 году NEC продемонстрировала микросхему динамической оперативной памяти (DRAM) с четырехуровневыми ячейками емкостью 4 Гб. STMicroelectronics также продемонстрировала в 2000 году четырехуровневые ячейки с микросхемой флэш- памяти NOR 64 Мб . [12]
MLC используется для обозначения ячеек, которые хранят два бита на ячейку, с использованием четырех значений или уровней заряда. 2-битный MLC имеет один уровень заряда, назначенный каждой возможной комбинации единиц и нулей, как показано ниже: при заполнении почти на 25% ячейка представляет двоичное значение 11, когда близко к 50% ячейка представляет собой 01, когда близко к 75% ячейка представляет 00, а когда близко к 100% ячейка представляет 10. Еще раз, есть область неопределенности (предел чтения) между значениями, при которых данные, хранящиеся в ячейке, не могут быть точно читать. [13] [4]
По состоянию на 2013 год [update]некоторые твердотельные накопители используют часть кристалла MLC NAND, как если бы это была однобитовая SLC NAND, что обеспечивает более высокую скорость записи. [14] [15] [16]
По состоянию на 2018 год [update]почти все коммерческие MLC являются планарными (т. Е. Ячейки построены на кремниевой поверхности) и поэтому имеют ограничения по масштабированию. Для решения этой потенциальной проблемы отрасль уже ищет технологии, которые могут гарантировать увеличение плотности хранения сверх сегодняшних ограничений. Одним из наиболее многообещающих является 3D Flash, в котором ячейки располагаются вертикально, что позволяет избежать ограничений планарного масштабирования. [17]
В прошлом некоторые устройства памяти пошли в другом направлении и использовали две ячейки на бит, чтобы обеспечить еще более низкую частоту ошибок по битам. [18]
Enterprise MLC (eMLC) - более дорогой вариант MLC, оптимизированный для коммерческого использования. Он утверждает, что служит дольше и надежнее обычных MLC, обеспечивая при этом экономию затрат по сравнению с традиционными приводами SLC. Хотя многие производители SSD производят диски MLC, предназначенные для корпоративного использования, только Micron продает необработанные чипы NAND Flash под этим обозначением. [19]
Трехуровневая ячейка [ править ]
Сотовый Тройной уровень ( ТСХ ) представляет собой тип флэш - памяти NAND памяти , которая хранит три бита информации на ячейку. Toshiba представила память с трехуровневыми ячейками в 2009 году [20].
Samsung анонсировала тип флэш-памяти NAND, которая хранит три бита информации на ячейку с восемью общими состояниями напряжения (значениями или уровнями), придумав термин «трехуровневая ячейка» («TLC»). Компания Samsung Electronics начала массовое производство этой модели в 2010 году [21], и впервые она была замечена в твердотельных накопителях Samsung серии 840 . [22] Samsung называет эту технологию 3-битным MLC. Негативные аспекты MLC усиливаются с помощью TLC, но TLC выигрывает от еще более высокой плотности хранения и более низкой стоимости. [23]
В 2013 году Samsung представила V-NAND (Vertical NAND, также известную как 3D NAND) с трехуровневыми ячейками с объемом памяти 128 ГБ . [24] Они расширили свою технологию TLC V-NAND до 256 ГБ памяти в 2015 году [21] и 512 ГБ в 2017 году. [25]
Четырехуровневая ячейка [ править ]
Память, которая хранит четыре бита на ячейку, обычно называется четырехуровневой ячейкой ( QLC ), следуя соглашению, установленному TLC . До своего изобретения QLC относился к ячейкам, которые могут иметь шестнадцать состояний напряжения, то есть тем, которые хранят четыре бита на ячейку.
В 2009 году Toshiba и SanDisk представили микросхемы флэш- памяти NAND с четырехуровневыми ячейками, хранящими 4 бита на ячейку и имеющими емкость 64 ГБ. [20] [26]
Карты флэш-памяти SanDisk X4, представленные в 2009 году, были одними из первых продуктов, основанных на NAND-памяти, которая хранит четыре бита на ячейку, обычно называемую четырехуровневой ячейкой (QLC), с использованием 16 дискретных уровней (состояний) заряда в каждой отдельной транзистор. Чипы QLC, используемые в этих картах памяти, были произведены Toshiba, SanDisk и SK Hynix . [27] [28]
В 2017 году Toshiba представила микросхемы памяти V-NAND с четырехуровневыми ячейками, которые имеют емкость до 768 Гб. [29] В 2018 году ADATA , Intel , Micron и Samsung выпустили некоторые твердотельные накопители, использующие память QLC NAND. [30] [31] [32] [33]
См. Также [ править ]
- Флэш-память
- Твердотельный накопитель
- StrataFlash
Ссылки [ править ]
- ^ «Флэш-память NAND вытесняет жесткие диски» . Проверено 29 мая 2018 .
- ↑ Бьянка Шредер и Ариф Мерчант (22 февраля 2016 г.). «Надежность Flash в производстве: ожидаемое и неожиданное» . Конференция по файловым технологиям и технологиям хранения . Usenix . Проверено 3 ноября 2016 года .
- ^ https://www.hyperstone.com/en/NAND-Flash-is-displacing-hard-disk-drives-1249,12728.html , NAND Flash вытесняет жесткие диски, последнее обращение 29 мая 2018 г.
- ^ а б https://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2
- ^ Micron в MLC NAND Flash Вебинар архивации 2007-07-22 в Wayback Machine
- ^ SandForce SF-2600 / SF-2500 Информация о продукте 2013-10-22
- ^ Обзор основ встроенных опций флеш-памяти NAND EE Times 27.08.2013
- ^ Пелеато; и другие. (Сентябрь 2015 г.). «Адаптивные пороги чтения для NAND Flash». Транзакции IEEE по коммуникациям . 63 (9): 3069–3081. DOI : 10.1109 / TCOMM.2015.2453413 .
- ^ Статья Дж. Роберта Лайнбэка "Ячейка с четырьмя состояниями, называемая ключом плотности". Журнал "Электроника". 1982 30 июня.
- ^ П. Гленн Гулак. «Обзор технологии многозначной памяти»
- ^ «Рынок флэш-памяти» (PDF) . Корпорация интегральной схемотехники . Смитсоновский институт . 1997 . Дата обращения 16 октября 2019 .
- ^ «Память» . STOL (Интернет-технологии полупроводников) . Проверено 25 июня 2019 .
- ^ https://www.enterprisestorageforum.com/storage-hardware/slc-vs-mlc-vs-tlc-nand-flash.html
- ^ Джефф Гасиор. «Обзор твердотельного накопителя Samsung 840 EVO: TLC NAND с кэш-памятью SLC» . 2013.
- ^ Аллин Мальвентано. «Новый Samsung 840 EVO использует кэш TLC и псевдо-SLC TurboWrite» . 2013.
- ^ Samsung. «Твердотельный накопитель Samsung: технический документ по технологии TurboWrite» . 2013.
- ^ https://www.hyperstone.com/en/Solid-State-bit-de density-and-the-Flash-Memory-Controller- 1235,12728.html - Плотность твердотельных битов и контроллер флэш-памяти, источник 29. Май 2018 г.
- ^ "Автомобильные EEPROMs используют две ячейки на бит для прочности, надежности" Грэхем Пророк 2008-10-02
- ^ «Enterprise MLC: Расширенные возможности цикла MLC» . www.micron.com . Проверено 17 ноября 2019 года .
- ^ a b «Toshiba добивается значительных успехов в области флеш-памяти NAND с помощью поколения 32-нм 3-битной ячейки и 43-нм технологии 4-битной ячейки» . Toshiba . 11 февраля 2009 . Проверено 21 июня 2019 .
- ^ а б «История» . Samsung Electronics . Самсунг . Проверено 19 июня 2019 .
- ^ "Samsung SSD 840 Series - 3BIT / MLC NAND Flash" . Архивировано 10 апреля 2013 года . Проверено 10 апреля 2013 .
- ^ «Samsung SSD 840: Проверка выносливости TLC NAND» . AnandTech. 2012-11-16 . Проверено 5 апреля 2014 .
- ^ "Samsung массового производства 128 ГБ 3-битной флэш-памяти MLC NAND" . Оборудование Тома . 11 апреля 2013 . Проверено 21 июня 2019 .
- ↑ Шилов, Антон (5 декабря 2017 г.). «Samsung начинает производство флэш-памяти UFS NAND 512 ГБ: 64-слойная V-NAND, скорость чтения 860 МБ / с» . AnandTech . Проверено 23 июня 2019 .
- ^ «SanDisk поставляет первые в мире карты памяти с 64-гигабитной флеш-памятью X4 NAND» . SlashGear . 13 октября 2009 . Проверено 20 июня 2019 .
- ^ SanDisk поставляет первые в мире карты флэш-памяти с 64-гигабитной X4 (4-битной на ячейку) технологией флэш-памяти NAND
- ^ NAND Flash - Новая эра 4 бит на ячейку и за пределами EE Times 05.05.2009
- ^ «Toshiba разрабатывает первую в мире 4-битную флэш-память QLC NAND на ячейку» . TechPowerUp . 28 июня 2017 . Проверено 20 июня 2019 .
- ^ Shilov, Anton. "ADATA Reveals Ultimate SU630 SSD: 3D QLC for SATA". AnandTech.com. Retrieved 2019-05-13.
- ^ Tallis, Billy. "The Intel SSD 660p SSD Review: QLC NAND Arrives For Consumer SSDs". www.anandtech.com. Retrieved 2019-05-13.
- ^ Tallis, Billy. "The Crucial P1 1TB SSD Review: The Other Consumer QLC SSD". www.anandtech.com. Retrieved 2019-05-13.
- ^ Shilov, Anton. "Samsung Starts Mass Production of QLC V-NAND-Based SSDs". AnandTech.com. Retrieved 2019-05-13.
External links[edit]
- Linux Memory Technology Devices - NAND
- Open NAND Flash Interface