سلول چند سطحی
از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد
(از سلول چهار سطحی هدایت شد )
تفاوت سلول های حافظه در مقایسه
در الکترونیک ، سلول چند سطحی ( MLC ) یک سلول حافظه است که قادر به ذخیره بیش از یک بیت اطلاعات است، در مقایسه با سلول تک سطحی ( SLC )، که می تواند تنها یک بیت را در هر سلول حافظه ذخیره کند. یک سلول حافظه معمولاً از یک ماسفت با دروازه شناور (ترانزیستور اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی) تشکیل شده است، بنابراین سلول های چند سطحی تعداد ماسفت های مورد نیاز برای ذخیره همان مقدار داده را با سلول های تک سطحی کاهش می دهند.
سلول های سه سطحی ( TLC ) و سلول های چهار سطحی ( QLC ) نسخه هایی از حافظه MLC هستند که می توانند به ترتیب سه و چهار بیت در هر سلول ذخیره کنند. نام " سلول چند سطحی " گاهی اوقات به طور خاص برای اشاره به " سلول دو سطح" استفاده می شود. به طور کلی، خاطرات به شرح زیر است:
- سلول تک سطحی یا SLC (1 بیت در هر سلول)
- سلول چند سطحی یا MLC (2 بیت در هر سلول)، یا سلول دو سطحی یا DLC
- سلول سه سطحی یا TLC (3 بیت در هر سلول) یا 3 بیت MLC
- سلول چهار سطحی یا QLC (4 بیت در هر سلول)
- سلول پنج سطحی یا PLC (5 بیت در هر سلول) - در حال حاضر در حال توسعه است
توجه داشته باشید که این نامگذاری می تواند گمراه کننده باشد، زیرا یک سلول "n-level" در واقع از 2 n سطح شارژ برای ذخیره n بیت استفاده می کند (به زیر مراجعه کنید).
به طور معمول، با افزایش تعداد "سطح"، عملکرد (سرعت و قابلیت اطمینان) و هزینه مصرف کننده کاهش می یابد. با این حال، این همبستگی می تواند بین تولید کنندگان متفاوت باشد.
نمونههایی از حافظههای MLC عبارتند از MLC NAND flash ، MLC PCM ( حافظه تغییر فاز )، و غیره. به عنوان مثال، در فناوری SLC NAND flash، هر سلول میتواند در یکی از دو حالت وجود داشته باشد و یک بیت اطلاعات را در هر سلول ذخیره کند. اکثر حافظه های فلش MLC NAND دارای چهار حالت ممکن در هر سلول هستند، بنابراین می توانند دو بیت اطلاعات را در هر سلول ذخیره کنند. این امر میزان حاشیه جداکننده حالت ها را کاهش می دهد و منجر به احتمال خطاهای بیشتر می شود. سلول های چند سطحی که برای نرخ خطای کم طراحی شده اند، گاهی اوقات MLC سازمانی ( eMLC ) نامیده می شوند.
فناوری های جدید مانند سلول های چند سطحی و فلش سه بعدی و افزایش حجم تولید همچنان قیمت ها را پایین می آورد. [1]
فهرست
سلول تک سطحی [ ویرایش ]
حافظه فلش داده ها را در سلول های حافظه جداگانه ذخیره می کند که از ترانزیستورهای ماسفت با دروازه شناور ساخته شده اند . به طور سنتی، هر سلول دارای دو حالت ممکن بود (هر کدام با یک سطح ولتاژ)، که هر حالت نشان دهنده یک یا صفر بود، بنابراین یک بیت داده در هر سلول در سلول های به اصطلاح تک سطح یا حافظه فلش SLC ذخیره می شد. . حافظه SLC دارای مزیت سرعت نوشتن بالاتر، مصرف انرژی کمتر و استقامت سلول بالاتر است. با این حال، از آنجایی که حافظه SLC داده های کمتری را در هر سلول نسبت به حافظه MLC ذخیره می کند، هزینه تولید هر مگابایت ذخیره سازی بیشتر است. با توجه به سرعت انتقال بالاتر و طول عمر بیشتر مورد انتظار، از فناوری فلش SLC در کارت های حافظه با کارایی بالا استفاده می شود. در فوریه 2016، مطالعه ای منتشر شد که تفاوت کمی را در عمل بین قابلیت اطمینان SLC و MLC نشان داد. [2]
یک حافظه فلش سلول تک سطحی (SLC) ممکن است عمری در حدود 50000 تا 100000 دوره برنامه/پاک کردن داشته باشد. [3]
یک سلول تک سطحی نشان دهنده 1 در زمانی که تقریبا خالی است و 0 در زمانی که تقریبا پر است. منطقه ای از عدم قطعیت (حاشیه خواندن) بین دو حالت ممکن وجود دارد که در آن داده های ذخیره شده در سلول نمی توانند دقیقا خوانده شوند. [4]
سلول چند سطحی [ ویرایش ]
مزیت اصلی فلش مموری MLC هزینه کمتر آن به ازای هر واحد ذخیره سازی به دلیل تراکم داده بالاتر است و نرم افزار حافظه خوان می تواند نرخ خطای بیت بزرگتری را جبران کند . [5] نرخ خطای بالاتر نیاز به کد تصحیح خطا (ECC) دارد که می تواند خطاهای چند بیتی را تصحیح کند. به عنوان مثال، کنترلر فلاش SandForce SF-2500 می تواند تا 55 بیت در هر بخش 512 بایتی را با نرخ خطای خواندن غیرقابل بازیابی کمتر از یک بخش در هر 10 17 بیت خوانده شده تصحیح کند. [6] متداول ترین الگوریتم مورد استفاده Bose-Chaudhuri-Hocquenghem ( کد BCH ) است. [7] از دیگر معایب MLC NAND می توان به سرعت نوشتن کمتر، تعداد سیکل های برنامه/پاک کردن کمتر و مصرف انرژی بیشتر در مقایسه با حافظه فلش SLC اشاره کرد.
سرعت خواندن همچنین می تواند برای MLC NAND کمتر از SLC باشد زیرا نیاز به خواندن همان داده ها در یک ولتاژ آستانه دوم برای کمک به رفع خطاها است. دستگاههای TLC و QLC ممکن است نیاز به خواندن دادههای یکسان به ترتیب تا 4 و 8 بار برای بدست آوردن مقادیری داشته باشند که توسط ECC قابل اصلاح هستند. [8]
فلاش MLC ممکن است طول عمری در حدود 1000 تا 10000 دوره برنامه/پاک کردن داشته باشد. این امر به طور معمول نیاز به استفاده از یک فایل سیستم فلش دارد که بر اساس محدودیتهای حافظه فلش طراحی شده است، مانند استفاده از سطح سایش برای افزایش طول عمر مفید دستگاه فلش.
اینتل 8087 از فناوری دو بیت در هر سلول استفاده می کرد و در سال 1980 یکی از اولین دستگاه های موجود در بازار بود که از سلول های ROM چند سطحی استفاده می کرد. [9] [10] اینتل بعداً فلش NOR 2 بیتی چند سطحی (MLC) NOR را در سال 1997 نشان داد . در سال 1997، NEC یک تراشه حافظه با دسترسی تصادفی پویا (DRAM) با سلولهای چهار سطحی را با ظرفیت 4 گیگابیت نشان داد. STMicroelectronics همچنین سلول های چهار سطحی را در سال 2000 با تراشه حافظه فلش NOR 64 مگابیت نشان داد. [12]
MLC برای اشاره به سلول هایی استفاده می شود که 2 بیت در هر سلول را با استفاده از 4 مقدار یا سطح شارژ ذخیره می کنند. یک MLC 2 بیتی دارای یک سطح شارژ منفرد است که به هر ترکیب ممکن از یک و صفر اختصاص داده شده است، به شرح زیر: وقتی نزدیک به 25٪ پر است، سلول یک مقدار باینری 11 را نشان می دهد. هنگامی که نزدیک به 50٪ است، سلول نشان دهنده 01 است. هنگامی که نزدیک به 75٪ است، سلول نشان دهنده 00 است. و هنگامی که نزدیک به 100٪ است، سلول یک 10 را نشان می دهد. یک بار دیگر، منطقه ای از عدم قطعیت (حاشیه خواندن) بین مقادیر وجود دارد که در آن داده های ذخیره شده در سلول نمی توانند به طور دقیق خوانده شوند. [13] [4]
از سال 2013، برخی از درایوهای حالت جامد از بخشی از قالب NAND MLC استفاده می کنند که گویی SLC NAND تک بیتی است و سرعت نوشتن بالاتری را ارائه می دهد. [14] [15] [16]
از سال 2018، تقریباً تمام MLC های تجاری مبتنی بر مسطح هستند (یعنی سلول ها بر روی سطح سیلیکونی ساخته می شوند) و بنابراین مشمول محدودیت های پوسته پوسته شدن هستند. برای رسیدگی به این مشکل بالقوه، صنعت در حال حاضر به دنبال فناوری هایی است که می توانند افزایش تراکم ذخیره سازی را فراتر از محدودیت های امروزی تضمین کنند. یکی از امیدوارکنندهترین آنها، فلاش سه بعدی است، که در آن سلولها به صورت عمودی روی هم قرار میگیرند و در نتیجه از محدودیتهای مقیاسبندی مسطح اجتناب میکنند. [17]
در گذشته، تعداد کمی از دستگاههای حافظه جهت دیگر را میرفتند و از دو سلول در هر بیت استفاده میکردند تا حتی نرخ خطای بیت کمتری را ارائه دهند. [18]
Enterprise MLC (eMLC) نوع گرانتری از MLC است که برای استفاده تجاری بهینه شده است. ادعا می کند که عمر طولانی تری دارد و از MLC های معمولی قابل اعتمادتر است و در عین حال باعث صرفه جویی در هزینه ها نسبت به درایوهای SLC سنتی می شود. اگرچه بسیاری از تولیدکنندگان SSD درایوهای MLC را برای استفاده سازمانی تولید کردهاند، اما تنها Micron تراشههای NAND Flash خام را تحت این نام میفروشد. [19]
سلول سه سطح [ ویرایش ]
ذخیره سازی سلولی سه سطحی
سلول سه سطحی ( TLC ) نوعی از حافظه فلش NAND است که 3 بیت اطلاعات را در هر سلول ذخیره می کند. توشیبا در سال 2009 حافظه ای را با سلول های سه سطحی معرفی کرد. [20]
سامسونگ نوعی فلش NAND را معرفی کرد که 3 بیت اطلاعات در هر سلول را با 8 حالت ولتاژ کل (مقدار یا سطح) ذخیره می کند و اصطلاح "سلول سطح سه" ("TLC") را ابداع کرد. Samsung Electronics تولید انبوه آن را در سال 2010 آغاز کرد، [21] و اولین بار در SSD های سری 840 سامسونگ مشاهده شد . [22] سامسونگ از این فناوری به عنوان MLC 3 بیتی یاد می کند. جنبه های منفی MLC با TLC تقویت می شود، اما TLC از چگالی ذخیره سازی بالاتر و هزینه کمتر سود می برد. [23]
در سال 2013، سامسونگ V-NAND (NAND عمودی، همچنین به عنوان NAND 3D) با سلول های سه سطحی را معرفی کرد که دارای ظرفیت حافظه 128 گیگابیت بود. [24] آنها فناوری TLC V-NAND خود را به حافظه 256 گیگابیت در سال 2015، [21] و 512 گیگابیت در سال 2017 گسترش دادند . [25]
سلول چهار سطحی [ ویرایش ]
Samsung 870 QVO: یک SSD QLC با حافظه 8 ترابایتی
حافظهای که 4 بیت در هر سلول را ذخیره میکند، معمولاً به عنوان سلول چهار سطحی ( QLC ) نامیده میشود، طبق قراردادی که توسط TLC تنظیم شده است. QLC قبل از اختراع خود به سلول هایی اطلاق می شد که می توانند 16 حالت ولتاژ داشته باشند، یعنی آنهایی که 4 بیت در هر سلول ذخیره می کنند.
در سال 2009، توشیبا و SanDisk تراشه های حافظه فلش NAND را با سلول های چهار سطحی معرفی کردند که 4 بیت در هر سلول ذخیره می کرد و ظرفیت 64 گیگابیت را در خود جای داد. [20] [26]
کارت حافظه فلش SanDisk X4 که در سال 2009 معرفی شد، یکی از اولین محصولات مبتنی بر حافظه NAND بود که 4 بیت را در هر سلول ذخیره میکند، که معمولاً به آن سلول چهار سطحی (QLC) گفته میشود، با استفاده از 16 سطح شارژ (حالت) مجزا در هر سلول. ترانزیستور فردی تراشه های QLC به کار رفته در این کارت های حافظه توسط شرکت های Toshiba، SanDisk و SK Hynix ساخته شده اند. [27] [28]
در سال 2017، توشیبا تراشه های حافظه V-NAND را با سلول های چهار سطحی معرفی کرد که ظرفیت ذخیره سازی تا 768 گیگابیت را دارند. [29] در سال 2018، ADATA ، Intel ، Micron و Samsung برخی از محصولات SSD را با استفاده از حافظه QLC NAND عرضه کردند. [30] [31] [32] [33]
در سال 2020، سامسونگ یک SSD QLC با فضای ذخیره سازی تا 8 ترابایت برای مشتریان عرضه کرد. این SSD SATA با بیشترین ظرفیت ذخیره سازی برای مشتریان نهایی تا سال 2020 است . [34] [35]
منبع
https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell