Bagéan sadurungé saka seri "Pambuka SSD" marang maca bab sajarah emergence saka SSD drive, antarmuka kanggo sesambungan karo wong-wong mau, lan faktor wangun populer. Bagian papat bakal ngomong babagan nyimpen data ing drive.
Ing artikel sadurunge ing seri:
Panyimpenan data ing drive solid-state bisa dipérang dadi rong bagéan logis: nyimpen informasi ing sel siji lan ngatur panyimpenan sel.
Saben sel saka solid state drive nyimpen siji utawa luwih bit informasi. Macem-macem jinis informasi digunakake kanggo nyimpen informasi. pangolahan fisik. Nalika ngembangake drive solid-state, jumlah fisik ing ngisor iki dianggep kanggo informasi enkoding:
- muatan listrik (kalebu memori Flash);
- momen magnetik (memori magnetoresistif);
- negara fase (memori kanthi owah-owahan ing negara phase).
Memori adhedhasar muatan listrik
Informasi enkoding nggunakake muatan negatif ndasari sawetara solusi:
- ROM sing bisa dibusak ultraviolet (EPROM);
- ROM sing bisa dibusak kanthi listrik (EEPROM);
- Memori lampu kilat.
Saben sel memori punika floating gate MOSFET, sing nyimpen muatan negatif. Bedane saka transistor MOS konvensional yaiku anané gapura ngambang - konduktor ing lapisan dielektrik.
Nalika prabédan potensial digawe antarane saluran lan sumber lan ana potensial positif ing gapura, saiki bakal mili saka sumber kanggo saluran. Nanging, yen ana beda potensial cukup gedhe, sawetara elektron "break liwat" lapisan dielektrik lan mungkasi munggah ing gapura ngambang. Fenomena iki diarani .
Gerbang ngambang sing muatane negatif nggawe medan listrik sing ngalangi arus saka sumber menyang saluran. Menapa malih, ing ngarsane elektron ing gapura ngambang mundhak voltase batesan ing kang transistor dadi. Kanthi saben "nulis" menyang gerbang ngambang transistor, lapisan dielektrik rada rusak, sing ndadekake watesan jumlah siklus nulis ulang saben sel.
Floating-gate MOSFET dikembangake dening Dawon Kahng lan Simon Min Sze ing Bell Labs ing taun 1967. Mengko, nalika sinau cacat ing sirkuit terpadu, iku ngeweruhi sing amarga pangisian daya ing gerbang ngambang, voltase batesan sing mbukak transistor diganti. Panemuan iki nyebabake Dov Frohman miwiti nggarap memori adhedhasar fenomena iki.
Ngganti voltase batesan ngidini sampeyan "program" transistor. Transistor gerbang ngambang ora bakal urip nalika voltase gerbang luwih gedhe tinimbang voltase ambang kanggo transistor tanpa elektron, nanging kurang saka voltase ambang kanggo transistor kanthi elektron. Ayo diarani nilai iki voltase maca.
Memori Waca Mung Bisa Diprogram sing Bisa Dibusak
Ing taun 1971, karyawan Intel Dov Frohman nggawe memori sing bisa ditulis ulang adhedhasar transistor sing diarani Memori Mung Waca Mung Bisa Diprogram (EPROM) sing Bisa Dibusak. Rekaman menyang memori ditindakake kanthi nggunakake piranti khusus - programmer. Programmer ngetrapake voltase sing luwih dhuwur ing chip tinimbang sing digunakake ing sirkuit digital, saéngga "nulis" elektron menyang gerbang ngambang transistor sing dibutuhake.
Memori EPROM ora dimaksudake kanggo ngresiki gerbang ngambang transistor kanthi listrik. Nanging, iki diusulake kanggo mbukak transistor menyang sinar ultraviolet sing kuwat, foton sing bakal menehi elektron energi sing dibutuhake kanggo uwal saka gerbang ngambang. Kanggo ngidini sinar ultraviolet nembus jero menyang chip, kaca kuarsa ditambahake ing omah.
Froman pisanan nampilake prototipe EPROM ing Februari 1971 ing konferensi IC solid-state ing Philadelphia. Gordon Moore ngelingi demonstrasi kasebut: "Dov nduduhake pola bit ing sel memori EPROM. Nalika sel padha kapapar cahya ultraviolet, bit ilang siji nganti logo Intel ora pati ngerti wis rampung dibusak. … Ketukan ilang, lan nalika sing pungkasan ilang, kabeh penonton padha keplok. Artikel Dov diakoni minangka sing paling apik ing konferensi kasebut. - Terjemahan artikel
Memori EPROM luwih larang tinimbang piranti memori sing diwaca (ROM) sing sadurunge digunakake, nanging kemampuan kanggo reprogram ngidini sampeyan debug sirkuit luwih cepet lan nyuda wektu kanggo ngembangake hardware anyar.
Pemrograman ulang ROM kanthi sinar ultraviolet minangka terobosan sing signifikan, nanging ide nulis ulang listrik wis ana ing udara.
Memori Mung Waca sing Bisa Diprogram kanthi Listrik
Ing taun 1972, telung basa Jepang: Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi lan Kiyoko Nagai ngenalake memori mung maca sing bisa dibusak kanthi listrik (EEPROM utawa E2PROM). Mengko, riset ilmiah bakal dadi bagian saka paten kanggo implementasi komersial memori EEPROM.
Saben sel memori EEPROM kasusun saka sawetara transistor:
- ngambang gapura transistor kanggo panyimpenan bit;
- transistor kanggo ngontrol mode maca-tulis.
Desain iki banget complicates wiring saka sirkuit electrical, supaya memori EEPROM digunakake ing kasus ngendi jumlah cilik saka memori ora kritis. EPROM isih digunakake kanggo nyimpen akeh data.
Memori lampu kilat
Memori lampu kilat, nggabungake fitur paling apik saka EPROM lan EEPROM, dikembangake dening profesor Jepang Fujio Masuoka, insinyur ing Toshiba, ing taun 1980. Pangembangan pisanan diarani memori NOR Flash lan, kaya sing sadurunge, adhedhasar MOSFET gerbang ngambang.
Memori lampu kilat NOR minangka susunan transistor rong dimensi. Gerbang transistor disambungake menyang baris tembung, lan saluran disambungake menyang garis bit. Nalika voltase ditrapake ing baris tembung, transistor sing ngemot elektron, yaiku, nyimpen "siji", ora mbukak lan arus ora bakal mili. Adhedhasar anané utawa ora ana arus ing garis bit, kesimpulan digambar babagan nilai bit.
Pitung taun sabanjure, Fujio Masuoka ngembangake memori NAND Flash. Memori jinis iki beda karo jumlah transistor ing garis bit. Ing memori NOR, saben transistor disambungake langsung menyang garis bit, nalika ing memori NAND, transistor disambungake kanthi seri.
Maca saka memori konfigurasi iki luwih angel: voltase sing dibutuhake kanggo maca ditrapake ing baris sing dibutuhake, lan voltase ditrapake kanggo kabeh baris tembung liyane, sing mbukak transistor preduli saka tingkat pangisian daya. Wiwit kabeh transistor liyane dijamin mbukak, anané voltase ing baris dicokot gumantung mung siji transistor, kang voltase maca wis Applied.
Penemuan memori NAND Flash ndadekake iku bisa kanggo Ngartekno compress sirkuit, manggonke luwih memori ing ukuran padha. Nganti 2007, kapasitas memori tambah kanthi ngurangi proses manufaktur chip kasebut.
Ing taun 2007, Toshiba ngenalake versi anyar saka memori NAND: NAND vertikal (V-NAND), uga kasebut 3D NAND. Teknologi iki nandheske nempatake transistor ing pirang-pirang lapisan, sing ngidini sirkuit sing luwih padhet lan kapasitas memori sing tambah. Nanging, pemadatan sirkuit ora bisa diulang tanpa wates, mula cara liya wis diteliti kanggo nambah kapasitas panyimpenan.
Kaping pisanan, saben transistor nyimpen rong tingkat pangisian daya: nol logis lan siji logis. Pendekatan iki diarani Sel Tingkat Tunggal (SLC). Drive nganggo teknologi iki dipercaya banget lan duwe siklus nulis ulang maksimal.
Sajrone wektu, diputusake kanggo nambah kapasitas panyimpenan kanthi biaya resistensi nyandhang. Dadi jumlah tingkat pangisian daya ing sel nganti papat, lan teknologi kasebut diarani Sel Multi Level (MLC). Sabanjure teka Sel Tiga Tingkat (TLC) и Quad-Level Cell (QLC). Bakal ana level anyar ing mangsa ngarep - Sel Tingkat Penta (PLC) karo limang bit saben sel. Sing liyane bit pas menyang siji sel, sing luwih gedhe kapasitas panyimpenan ing biaya padha, nanging kurang resistance nyandhang.
Pemadatan sirkuit kanthi nyuda proses teknis lan nambah jumlah bit ing siji transistor mengaruhi data sing disimpen. Senadyan kasunyatan manawa EPROM lan EEPROM nggunakake transistor sing padha, EPROM lan EEPROM bisa nyimpen data tanpa daya sajrone sepuluh taun, nalika memori Flash modern bisa "lali" kabeh sawise setahun.
Panggunaan memori Flash ing industri angkasa angel amarga radiasi duweni efek ngrugekake marang elektron ing gerbang ngambang.
Masalah kasebut nyegah memori Flash dadi pimpinan sing ora bisa dibantah ing babagan panyimpenan informasi. Senadyan kasunyatan manawa drive adhedhasar memori Flash wis nyebar, riset ditindakake ing jinis memori liyane sing ora duwe kekurangan kasebut, kalebu nyimpen informasi ing wektu magnetik lan negara fase.
Memori magnetoresistif
Informasi enkoding kanthi momen magnetik muncul ing taun 1955 ing wangun memori ing inti magnetik. Nganti pertengahan 1970-an, memori ferit minangka jinis memori utama. Maca dicokot saka jinis memori mimpin kanggo demagnetization saka dering lan mundhut informasi. Dadi, sawise diwaca rada suwe, kudu ditulis maneh.
Ing perkembangan modern memori magnetoresistive, tinimbang dering, rong lapisan ferromagnet digunakake, dipisahake dening dielektrik. Siji lapisan minangka magnet permanen, lan sing kapindho ngganti arah magnetisasi. Maca dicokot saka sel kuwi teka mudhun kanggo ngukur resistance nalika maringaken saiki: yen lapisan magnetized ing arah ngelawan, resistance luwih gedhe lan iki padha karo nilai "1".
Memori Ferrite ora mbutuhake sumber daya pancet kanggo njaga informasi sing direkam, Nanging, Magnetik kolom sel bisa pengaruhe "petang", kang nemtokke watesan ing compaction sirkuit.
Miturut Drive SSD adhedhasar memori Flash tanpa daya kudu nyimpen informasi paling sethithik telung sasi ing suhu sekitar 40°C. Dirancang dening Intel janji bakal nyimpen data kanggo sepuluh taun ing 200 ° C.
Senadyan kerumitan pembangunan, memori magnetoresistive ora degrade sak nggunakake lan nduweni kinerja paling apik ing antarane jinis memori liyane, kang ora ngidini jinis memori iki ditulis mati.
Phase ngganti memori
Jinis memori janji katelu yaiku memori adhedhasar owah-owahan fase. Jinis memori iki nggunakake sifat chalcogenides kanggo ngalih antarane kristal lan negara amorf nalika digawe panas.
Chalcogenides - senyawa biner saka logam karo klompok 16 (klompok 6 saka subgroup utama) saka tabel périodik. Contone, cakram CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM lan Blu-ray nggunakake germanium telluride (GeTe) lan antimony(III) telluride (Sb2Te3).
Riset babagan panggunaan transisi fase kanggo panyimpenan informasi ditindakake ing 1960-an taun dening Stanford Ovshinsky, nanging banjur ora teka kanggo implementasine komersial. Ing taun 2000-an, ana kapentingan gawe anyar ing teknologi, Samsung paten teknologi sing ngidini bit ngoper ing 5 ns, lan Intel lan STMicroelectronics tambah nomer negara kanggo papat, mangkono tikel kapasitas bisa.
Nalika digawe panas ing ndhuwur titik leleh, chalcogenide ilang struktur kristal lan, sawise cooling, dadi wangun amorf ditondoi dening resistance listrik dhuwur. Sabanjure, nalika dipanasake nganti suhu ing ndhuwur titik kristalisasi, nanging ing ngisor titik leleh, chalcogenide bali menyang negara kristal kanthi tingkat resistensi sing sithik.
Memori pangowahan fase ora mbutuhake "ngisi daya" liwat wektu, lan uga ora rentan kanggo radiasi, ora kaya memori sing diisi listrik. Memori jinis iki bisa nahan informasi nganti 300 taun ing suhu 85°C.
Punika pitados bilih pangembangan teknologi Intel 3D Crosspoint (3D XPoint) Iki nggunakake transisi fase kanggo nyimpen informasi. 3D XPoint digunakake ing drive Memori Intel® Optane™, sing diklaim duwe daya tahan sing luwih gedhe.
kesimpulan
Desain fisik drive solid-state wis ngalami owah-owahan sajrone luwih saka setengah abad sejarah, nanging saben solusi duwe kekurangan. Senadyan popularitas memori Flash sing ora bisa dipungkiri, sawetara perusahaan, kalebu Samsung lan Intel, njelajah kemungkinan nggawe memori adhedhasar momen magnetik.
Ngurangi nyandhang sel, kompak, lan nambah kapasitas drive sakabèhé minangka wilayah sing saiki njanjeni pangembangan drive solid-state.
Sampeyan bisa nyoba drive NAND lan 3D XPoint paling keren saiki ing kita .
Apa sampeyan mikir yen teknologi kanggo nyimpen informasi babagan biaya listrik bakal diganti dening wong liya, contone, disk kuarsa utawa memori optik ing nanocrystals uyah?
Source: www.habr.com