Ang nangaging mga bahin sa serye nga "Introduction to SSD" nagsulti sa magbabasa bahin sa kasaysayan sa pagtungha sa mga drive sa SSD, mga interface alang sa pakigsulti kanila, ug mga sikat nga porma nga hinungdan. Ang ikaupat nga bahin maghisgot bahin sa pagtipig sa datos sa sulod sa mga drive.
Sa miaging mga artikulo sa serye:
Ang pagtipig sa datos sa solid-state drive mahimong bahinon sa duha ka lohikal nga mga bahin: pagtipig sa impormasyon sa usa ka cell ug pag-organisar sa cell storage.
Ang matag cell sa usa ka solid state drive nagtipig usa o daghan pang impormasyon. Lainlaing matang sa impormasyon ang gigamit sa pagtipig sa impormasyon. pisikal nga mga proseso. Kung nagpalambo sa mga solid-state drive, ang mosunod nga pisikal nga gidaghanon gikonsiderar alang sa pag-encode sa impormasyon:
- mga singil sa kuryente (lakip ang Flash memory);
- magnetic nga mga gutlo (magnetoresistive memory);
- yugto nga estado (panumduman nga adunay pagbag-o sa kahimtang sa yugto).
Memorya base sa electrical charges
Ang pag-encode sa impormasyon gamit ang negatibong singil nagpailalom sa daghang mga solusyon:
- ultraviolet erasable ROM (EPROM);
- electrically erasable ROM (EEPROM);
- Flash memory.
Ang matag memory cell mao ang naglutaw nga ganghaan MOSFET, nga nagtipig og negatibo nga bayad. Ang kalainan niini gikan sa usa ka naandan nga MOS transistor mao ang presensya sa usa ka naglutaw nga ganghaan - usa ka konduktor sa dielectric layer.
Sa diha nga ang usa ka potensyal nga kalainan gihimo tali sa drain ug tinubdan ug adunay usa ka positibo nga potensyal sa ganghaan, ang kasamtangan nga modagayday gikan sa tinubdan ngadto sa drain. Bisan pa, kung adunay igo nga dako nga potensyal nga kalainan, ang pipila ka mga electron "makalusot" sa dielectric layer ug matapos sa naglutaw nga ganghaan. Kini nga panghitabo gitawag .
Ang usa ka naglutaw nga ganghaan nga adunay negatibo nga bayad nagmugna usa ka natad sa kuryente nga nagpugong sa pag-agos sa agos gikan sa gigikanan hangtod sa pag-agas. Dugang pa, ang presensya sa mga electron sa naglutaw nga ganghaan nagdugang sa threshold boltahe diin ang transistor mibalik. Sa matag "pagsulat" sa naglutaw nga ganghaan sa transistor, ang dielectric layer gamay nga nadaot, nga nagpahamtang usa ka limitasyon sa gidaghanon sa mga siklo sa pagsulat pag-usab sa matag cell.
Ang floating-gate MOSFETs gimugna ni Dawon Kahng ug Simon Min Sze sa Bell Labs niadtong 1967. Sa ulahi, sa dihang nagtuon sa mga depekto sa integrated circuits, namatikdan nga tungod sa bayad sa floating gate, ang threshold boltahe nga nagbukas sa transistor nausab. Kini nga pagkadiskobre nag-aghat kang Dov Frohman nga magsugod sa pagtrabaho sa memorya base niini nga panghitabo.
Ang pagbag-o sa boltahe sa threshold nagtugot kanimo sa "pagprograma" sa mga transistor. Ang naglutaw nga mga transistor sa ganghaan dili mo-on kung ang boltahe sa ganghaan mas dako kaysa sa boltahe sa threshold alang sa usa ka transistor nga wala’y mga electron, apan mas ubos kaysa boltahe sa threshold para sa usa ka transistor nga adunay mga electron. Tawgon nato kini nga bili boltahe sa pagbasa.
Mapapas nga Programmable Read-Only Memory
Niadtong 1971, ang empleyado sa Intel nga si Dov Frohman nagmugna og usa ka transistor-based rewritable memory nga gitawag Mapapas nga Programmable Read-Only Memory (EPROM). Ang pagrekord sa memorya gihimo gamit ang usa ka espesyal nga aparato - usa ka programmer. Ang programmer naggamit sa usa ka mas taas nga boltahe sa chip kay sa gigamit sa digital circuits, sa ingon "pagsulat" sa mga electron sa naglutaw nga mga ganghaan sa mga transistor kung gikinahanglan.
Ang panumduman sa EPROM wala gituyo aron limpyohan ang naglutaw nga mga ganghaan sa mga transistor nga elektrikal. Hinunoa, gisugyot nga ibutyag ang mga transistor sa kusog nga ultraviolet nga kahayag, ang mga photon niini maghatag sa mga electron sa enerhiya nga gikinahanglan aron makalingkawas sa naglutaw nga ganghaan. Aron tugotan ang ultraviolet nga kahayag nga motuhop sa lawom nga bahin sa chip, ang baso nga quartz gidugang sa pabalay.
Una nga gipresentar ni Froman ang iyang prototype sa EPROM kaniadtong Pebrero 1971 sa usa ka solid-state nga komperensya sa IC sa Philadelphia. Gihinumdoman ni Gordon Moore ang demonstrasyon: "Gipakita ni Dov ang gamay nga pattern sa mga cell sa memorya sa EPROM. Sa diha nga ang mga selula naladlad sa ultraviolet nga kahayag, ang mga tipik nahanaw sa usag usa hangtud nga ang dili pamilyar nga Intel logo hingpit nga mapapas. … Nahanaw ang mga beat, ug sa dihang nawala ang kataposan, namakpak ang tibuok audience. Ang artikulo ni Dov giila nga labing maayo sa komperensya. — Paghubad sa artikulo
Ang memorya sa EPROM mas mahal kay sa gigamit kaniadto nga "disposable" read-only memory (ROM) nga mga himan, apan ang abilidad sa pag-reprogram nagtugot kanimo sa pag-debug sa mga sirkito nga mas paspas ug pagpakunhod sa oras nga gikinahanglan aron makahimo og bag-ong hardware.
Ang pag-reprogram sa mga ROM nga adunay ultraviolet nga kahayag usa ka hinungdanon nga kauswagan, bisan pa, ang ideya sa pag-rewriting sa kuryente naa na sa hangin.
Mahimong Mapapas sa Elektriko Programmable Read-Only Memory
Sa 1972, tulo ka Hapones: Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi ug Kiyoko Nagai mipaila sa unang electrically erasable read-only memory (EEPROM o E2PROM). Sa ulahi, ang ilang siyentipikong panukiduki mahimong bahin sa mga patente alang sa komersyal nga pagpatuman sa memorya sa EEPROM.
Ang matag EEPROM memory cell naglangkob sa daghang mga transistor:
- naglutaw nga ganghaan transistor alang sa gamay nga pagtipig;
- transistor alang sa pagkontrolar sa read-write mode.
Kini nga disenyo labi ka komplikado sa mga wiring sa electrical circuit, mao nga ang EEPROM memory gigamit sa mga kaso diin ang gamay nga memorya dili kritikal. Ang EPROM gigamit gihapon sa pagtipig sa daghang mga datos.
Flash memory
Ang panumduman sa flash, nga naghiusa sa labing kaayo nga mga bahin sa EPROM ug EEPROM, gimugna sa propesor sa Hapon nga si Fujio Masuoka, usa ka enhinyero sa Toshiba, kaniadtong 1980. Ang unang pag-uswag gitawag nga NOR Flash memory ug, sama sa mga gisundan niini, gibase sa floating-gate MOSFETs.
Ang NOR flash memory kay usa ka two-dimensional array sa mga transistor. Ang mga ganghaan sa mga transistor konektado sa linya sa pulong, ug ang mga kanal konektado sa gamay nga linya. Kung ang boltahe gipadapat sa linya sa pulong, ang mga transistor nga adunay mga electron, nga mao, ang pagtipig sa "usa," dili maablihan ug ang sulud dili modagayday. Base sa presensya o pagkawala sa kasamtangan sa bit line, ang usa ka konklusyon gihimo mahitungod sa bili sa bit.
Paglabay sa pito ka tuig, si Fujio Masuoka nakamugna og NAND Flash memory. Kini nga matang sa memorya lahi sa gidaghanon sa mga transistor sa bit line. Sa NOR memory, ang matag transistor direktang konektado sa gamay nga linya, samtang sa NAND memory, ang mga transistor konektado sa serye.
Ang pagbasa gikan sa panumduman niini nga pagsumpo mas lisud: ang boltahe nga gikinahanglan alang sa pagbasa gipadapat sa gikinahanglan nga linya sa pulong, ug ang boltahe gigamit sa tanan nga uban nga mga linya sa pulong, nga nagbukas sa transistor bisan unsa pa ang lebel sa bayad niini. Tungod kay ang tanan nga uban nga mga transistor gigarantiyahan nga bukas, ang presensya sa boltahe sa bit line nagdepende lamang sa usa ka transistor, diin ang gibasa nga boltahe gigamit.
Ang pag-imbento sa NAND Flash nga panumduman nagpaposible sa kamahinungdanon nga pag-compress sa sirkito, pagbutang og dugang nga memorya sa parehas nga gidak-on. Hangtud sa 2007, ang kapasidad sa memorya nadugangan pinaagi sa pagkunhod sa proseso sa paghimo sa chip.
Niadtong 2007, gipaila sa Toshiba ang bag-ong bersyon sa memorya sa NAND: Bertikal nga NAND (V-NAND), nailhan usab nga 3D NAND. Kini nga teknolohiya naghatag ug gibug-aton sa pagbutang sa mga transistor sa daghang mga lut-od, nga nagtugot pag-usab alang sa mas dasok nga circuitry ug dugang nga kapasidad sa memorya. Bisan pa, ang pag-compact sa sirkito dili masubli hangtod sa hangtod, busa ang ubang mga pamaagi gisusi aron madugangan ang kapasidad sa pagtipig.
Sa sinugdan, ang matag transistor nagtipig og duha ka lebel sa singil: logical zero ug logical one. Kini nga pamaagi gitawag Single-Level Cell (SLC). Ang mga drive nga adunay kini nga teknolohiya kasaligan kaayo ug adunay labing kadaghan nga mga siklo sa pagsulat pag-usab.
Sa paglabay sa panahon, nakahukom nga dugangan ang kapasidad sa pagtipig sa gasto sa pagsukol sa pagsul-ob. Busa ang gidaghanon sa mga lebel sa singil sa usa ka cell hangtod sa upat, ug gitawag ang teknolohiya Multi-Level Cell (MLC). Sunod niabot Triple-Level Cell (TLC) и Quad-Level Cell (QLC). Adunay bag-ong lebel sa umaabot - Penta-Level Cell (PLC) nga adunay lima ka bit matag cell. Ang daghang mga bit nga mohaum sa usa ka cell, mas dako ang kapasidad sa pagtipig sa parehas nga gasto, apan dili kaayo pagsukol sa pagsul-ob.
Ang compaction sa sirkito pinaagi sa pagkunhod sa teknikal nga proseso ug pagdugang sa gidaghanon sa mga bits sa usa ka transistor negatibong makaapekto sa gitipigan nga datos. Bisan pa sa kamatuoran nga ang EPROM ug EEPROM naggamit sa parehas nga mga transistor, ang EPROM ug EEPROM makatipig sa datos nga walay gahum sulod sa napulo ka tuig, samtang ang modernong Flash memory mahimong "makalimot" sa tanan human sa usa ka tuig.
Ang paggamit sa Flash memory sa industriya sa kawanangan lisud tungod kay ang radiation adunay makadaot nga epekto sa mga electron sa naglutaw nga mga ganghaan.
Kini nga mga problema nagpugong sa Flash memory nga mahimong dili malalis nga lider sa natad sa pagtipig sa impormasyon. Bisan pa sa kamatuoran nga ang mga drive base sa Flash memory kay kaylap, ang panukiduki nagpadayon sa ubang mga matang sa panumduman nga wala niini nga mga disbentaha, lakip ang pagtipig sa impormasyon sa magnetic moments ug phase states.
Magnetoresistive memory
Ang pag-encode sa impormasyon nga adunay magnetic moments nagpakita niadtong 1955 sa porma sa memorya sa magnetic cores. Hangtud sa tunga-tunga sa 1970s, ang ferrite memory mao ang nag-unang matang sa memorya. Ang pagbasa og gamay gikan niini nga matang sa memorya misangpot sa demagnetization sa singsing ug pagkawala sa impormasyon. Busa, human makabasa ug diyutay, kinahanglang isulat kinig balik.
Sa modernong mga pag-uswag sa memorya sa magnetoresistive, imbis nga mga singsing, duha ka mga layer sa usa ka ferromagnet ang gigamit, nga gibulag sa usa ka dielectric. Ang usa ka layer usa ka permanente nga magnet, ug ang ikaduha nagbag-o sa direksyon sa magnetization. Ang pagbasa sa usa ka gamay gikan sa ingon nga usa ka cell moabut sa pagsukod sa resistensya kung moagi sa karon: kung ang mga lut-od nga magnetized sa kaatbang nga direksyon, nan ang pagsukol mas dako ug kini katumbas sa kantidad nga "1".
Ang panumduman sa Ferrite wala magkinahanglan usa ka kanunay nga gigikanan sa kuryente aron mapadayon ang natala nga kasayuran, bisan pa, ang magnetic field sa cell mahimo’g makaimpluwensya sa "silingan", nga nagpahamtang usa ka limitasyon sa pag-compact sa sirkito.
Sumala sa Ang mga drive sa SSD nga gibase sa Flash memory nga walay kuryente kinahanglang maghupot ug impormasyon sulod sa labing menos tulo ka bulan sa temperatura sa palibot nga 40°C. Gidisenyo sa Intel nagsaad nga tipigan ang datos sulod sa napulo ka tuig sa 200°C.
Bisan pa sa pagkakomplikado sa pag-uswag, ang magnetoresistive memory dili madaot sa panahon sa paggamit ug adunay labing maayo nga pasundayag taliwala sa ubang mga matang sa panumduman, nga wala magtugot niini nga matang sa memorya nga masulat.
Phase change memory
Ang ikatulo nga nagsaad nga matang sa panumduman mao ang panumduman base sa pagbag-o sa hugna. Kini nga matang sa panumduman naggamit sa mga kabtangan sa chalcogenides sa pagbalhin tali sa kristal ug amorphous nga mga estado kung gipainit.
Chalcogenides — binary compounds sa mga metal nga adunay ika-16 nga grupo (ika-6 nga grupo sa nag-unang subgroup) sa periodic table. Pananglitan, ang CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM ug Blu-ray disc naggamit sa germanium telluride (GeTe) ug antimony(III) telluride (Sb2Te3).
Ang panukiduki bahin sa paggamit sa phase transition alang sa pagtipig sa kasayuran gihimo sa 1960s tuig ni Stanford Ovshinsky, apan wala kini moabut sa komersyal nga pagpatuman. Sa 2000s, adunay nabag-o nga interes sa teknolohiya, Samsung patented nga teknolohiya nga nagtugot sa bit switching sa 5 ns, ug Intel ug STMicroelectronics nagdugang sa gidaghanon sa mga estado ngadto sa upat, sa ingon nagdoble sa posible nga kapasidad.
Kung gipainit sa ibabaw sa natunaw nga punto, ang chalcogenide mawad-an sa iyang kristal nga istruktura ug, sa pagpabugnaw, mahimong usa ka amorphous nga porma nga gihulagway sa taas nga resistensya sa elektrisidad. Sa baylo, kung gipainit sa usa ka temperatura nga labaw sa punto sa crystallization, apan ubos sa punto sa pagkatunaw, ang chalcogenide mobalik sa usa ka kristal nga kahimtang nga adunay ubos nga lebel sa pagsukol.
Ang panumduman sa pagbag-o sa hugna wala magkinahanglan og "pag-recharging" sa paglabay sa panahon, ug dili usab daling madala sa radiation, dili sama sa memorya nga gikarga sa kuryente. Kini nga matang sa panumduman mahimong maghupot sa impormasyon sulod sa 300 ka tuig sa temperatura nga 85°C.
Gituohan nga ang pag-uswag sa teknolohiya sa Intel 3D Crosspoint (3D XPoint) Gigamit niini ang mga pagbalhin sa yugto sa pagtipig sa kasayuran. Ang 3D XPoint gigamit sa Intel® Optane™ Memory drive, nga giangkon nga adunay mas dako nga paglahutay.
konklusyon
Ang pisikal nga disenyo sa mga solid-state drive nakaagi sa daghang mga pagbag-o sa sobra sa tunga sa siglo sa kasaysayan, bisan pa, ang matag usa sa mga solusyon adunay mga kakulangan. Bisan pa sa dili ikalimod nga pagkapopular sa Flash memory, daghang mga kompanya, lakip ang Samsung ug Intel, nagsuhid sa posibilidad sa paghimo og memorya base sa magnetic moments.
Ang pagkunhod sa pagsul-ob sa cell, pag-compact kanila, ug pagdugang sa kinatibuk-ang kapasidad sa drive mao ang mga lugar nga sa pagkakaron nagsaad alang sa dugang nga pag-uswag sa solid-state drive.
Mahimo nimong sulayan karon ang labing cool nga NAND ug 3D XPoint drive karon sa among .
Sa imong hunahuna ang mga teknolohiya alang sa pagtipig sa kasayuran sa mga singil sa kuryente mapulihan sa uban, pananglitan, mga quartz disk o optical memory sa mga nanocrystal sa asin?
Source: www.habr.com