فناوری NAND Flash و درایوهای حالت جامد (SSD)

فناوری NAND Flash و درایوهای حالت جامد (SSD)

اگر شما یک درایو فلش USB یا کارت SD دارید، قبلاً محصولاتی دارید که دارای حافظه فلش هستند که به نام فلش NAND نیز شناخته می شود. در سطح جهانی، مصرف فلش NAND در طول پنج سال گذشته افزایش یافته است و محصولات جدید مانند SSD اکنون در حال نفوذ قابل توجهی به دستگاه‌های محاسباتی سازمانی، از نوت‌بوک، دسکتاپ و ایستگاه‌های کاری گرفته تا سرورها هستند.

در اینجا یک تفکیک سریع از آنچه باید در مورد حافظه فلش NAND بدانید آورده شده است.

حافظه فلش NAND غیر فرار

یکی از مزایای فلش NAND ذخیره سازی غیرفرار اطلاعات آن است. بر خلاف حافظه DRAM که باید به طور مداوم برای حفظ داده ها تغذیه شود، حافظه NAND داده ها را حتی زمانی که برق خاموش است حفظ می کند – که آن را به عنوان ذخیره سازی برای دستگاه های قابل حمل ایده آل می کند.

SSD های M.2 و mSATA

انواع NAND Flash

در حال حاضر پنج نوع حافظه فلش NAND وجود دارد و تفاوت بین هر نوع، تعداد بیت هایی است که هر سلول می تواند ذخیره کند. هر سلول می تواند داده ها را ذخیره کند – یک بیت در هر سلول برای SLC NAND، دو بیت در هر سلول برای MLC، سه بیت در هر سلول برای TLC، چهار بیت در هر سلول برای QLC و پنج بیت در هر سلول برای PLC. بنابراین، SLC NAND یک “0” یا “1” را در هر سلول ذخیره می کند، MLC NAND “00”، “01”، “10” یا “11” را در هر سلول ذخیره می کند، و غیره. این پنج نوع NAND سطوح متفاوتی از ویژگی‌های عملکرد و استقامت را در محدوده‌ای از قیمت‌ها ارائه می‌کنند که SLC عملکرد بالاتر و پرهزینه‌ترین در بازار NAND است. درباره تفاوت بین انواع NAND بیشتر بدانید.

3D NAND

در NAND سه بعدی، چندین لایه از سلول های حافظه به صورت عمودی همراه با اتصالات بین لایه ها روی هم قرار می گیرند. انباشتن چندین لایه از سلول های حافظه در لایه های عمودی، ظرفیت ذخیره سازی بزرگ تری ایجاد می کند در حالی که ردپای کوچکتری دارد و با فعال کردن اتصالات کلی کوتاه تر برای هر سلول حافظه، عملکرد را افزایش می دهد. همچنین هزینه هر بایت را در مقایسه با NAND دو بعدی کاهش می دهد. دستگاه های فلش سه بعدی NAND می توانند از طرح های MLC، TLC یا QLC استفاده کنند.

SATA SSD در جعبه سرور در نیمه راه از یک محل ذخیره سرور بیرون کشیده شده است

تسطیح پوشیدن سلول NAND

سلول های NAND برای ماندگاری همیشه طراحی نشده اند. برخلاف DRAM، سلول‌های آنها در طول زمان فرسوده می‌شوند زیرا چرخه‌های نوشتن بیشتر از چرخه‌های خواندن مالیات دارند. دستگاه‌های ذخیره‌سازی NAND تعداد محدودی چرخه نوشتن دارند، اما سایش سطح سایش سلول‌ها را مدیریت می‌کند که توسط کنترل‌کننده فلاش که همیشه روی دستگاه قرار دارد، انجام می‌شود. همه درایوهای فلش USB، کارت‌های SD و SSD دارای یک کنترلر NAND هستند که فلش NAND را مدیریت می‌کند و عملکردهایی مانند تراز کردن سایش و تصحیح خطا را انجام می‌دهد.

برای افزایش طول عمر دستگاه های ذخیره سازی NAND، کنترلر فلش NAND تضمین می کند که تمام داده های نوشته شده به طور یکنواخت در تمام بلوک های فیزیکی دستگاه پخش می شود تا یک ناحیه از NAND سریعتر از قسمت دیگر فرسوده نشود.

درایوهای حالت جامد (SSD)

در چند سال گذشته، هزینه فلش NAND به اندازه‌ای کاهش یافت که دستگاه‌های ذخیره‌سازی اولیه جدید مانند درایوهای حالت جامد را برای سیستم‌های مشتری و سرورها ممکن کرد. SSD ها جایگزین مستقیم دیسک های سخت (یا هارد دیسک های چرخان استاندارد) در رایانه هایی با رابط های سازگار مانند SATA یا SAS هستند.

SSD ها عملکرد و دوام قابل توجهی نسبت به هارد دیسک های استاندارد دارند. SSD ها قطعات متحرک ندارند. همه آنها دستگاه های نیمه هادی هستند. به همین دلیل، SSD ها مانند هارد دیسک ها از تاخیرهای مکانیکی رنج نمی برند. از آنجایی که SSD ها قطعات متحرک ندارند، در مقایسه با هارد دیسک می توانند در معرض ضربه و لرزش بسیار بیشتری قرار گیرند، که آنها را برای طیف گسترده ای از برنامه های قابل حمل و موبایل ایده آل می کند.

در گذشته، درایوهای حالت جامد با تراشه‌های حافظه DRAM طراحی می‌شدند و گران قیمت بودند، که آنها را فقط برای برنامه‌های کاربردی سرور مناسب می‌کرد.

امروزه، با هزینه‌های پایین‌تر فلش NAND، حافظه‌های SSD در کاربردهای مختلفی از مصرف‌کننده گرفته تا محاسبات سازمانی و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

U.2 SSD در یک جعبه سرور که نیمه راه از یک محل ذخیره سرور بیرون کشیده شده است

استقامت SSD

کینگستون از حافظه فلش NAND با درجه استقامت طراحی شده برای حجم کاری یک SSD استفاده می کند. این به کینگستون اجازه می دهد تا انواع SSD ها را برای یک برنامه با قیمت رقابتی ارائه دهد.

SSD های مشتری و سازمانی Kingston دارای رتبه استقامت مادام العمر هستند تا به تطابق SSD با حجم کاری مورد نظر کمک کنند. برای SSD های مشتری، کینگستون مشخصات TBW (ترابایت نوشته شده) را ارائه می دهد که به کاربران امکان می دهد عمر مفید SSD را در برنامه خود پیش بینی کنند.

SSDهای شرکتی کینگستون نیز با مشخصات TBW و همچنین مشخصات DWPD (Drive Writes Per Day) که بر اساس TBW و دوره گارانتی SSD است، رتبه بندی می شوند. به عنوان مثال، یک SSD 1 ترابایتی که دارای رتبه استقامتی 1DWPD است به این معنی است که کاربر می تواند روزانه 1 ترابایت داده به مدت 5 سال روی SSD بنویسد. مشخصات TBW/DWPD ابزاری برای مشتریان شرکتی است که SSD های Kingston را در محیط های سازمانی خود به عنوان بخشی از برنامه ریزی زیرساخت فناوری اطلاعات خود مستقر می کنند.

Kingston یک ابزار نرم افزاری به نام KSM (Kingston Storage Manager) برای ردیابی طول عمر SSD ارائه می دهد.

آن را به عنوان یک نشانگر سوخت در خودرو در نظر بگیرید که کاربر می تواند به صورت دوره ای وضعیت SSD را بررسی کند.

عملکرد SSD
اکثر سیستم های مشتری دیگر توسط عملکرد پردازنده محدود نمی شوند. آنها تقریبا همیشه توسط ذخیره سازی محدود می شوند. تأخیر دسترسی هارد دیسک ها در میلی ثانیه است، در حالی که SSD ها در صدها میکروثانیه کار می کنند.

یک SSD حتی در سیستم هایی که چند سال از عمر آنها می گذرد (اگر دارای رابط سازگار با SATA باشند) می تواند عمری جدید و عملکرد بالا ارائه دهد. یک سیستم مبتنی بر Windows® می‌تواند زمان راه‌اندازی خود را از چند دقیقه به یک یا کمتر کاهش دهد، و یک SSD را به ارتقای حافظه عملکردی تبدیل کند. به طور کلی، اغلب بهترین افزایش عملکرد را نسبت به هر ارتقای یک سیستم ارائه می دهد.