SSD को परिचय। भाग 4. भौतिक

"SSD को परिचय" शृङ्खलाका अघिल्ला भागहरूले पाठकलाई SSD ड्राइभहरूको उदयको इतिहास, तिनीहरूसँग अन्तरक्रियाका लागि इन्टरफेसहरू, र लोकप्रिय फारम कारकहरूको बारेमा बताए। चौथो भागले ड्राइभ भित्र डाटा भण्डारण गर्ने बारे कुरा गर्नेछ।

श्रृंखलामा अघिल्लो लेखहरूमा:

1. HDD र SSD को निर्माण को इतिहास
2. भण्डारण इन्टरफेस को उद्भव
3. फारम कारकहरूको विशेषताहरू

ठोस-राज्य ड्राइभहरूमा डाटा भण्डारणलाई दुई तार्किक भागहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: एकल कक्षमा जानकारी भण्डारण गर्ने र सेल भण्डारण व्यवस्थित गर्ने।

ठोस राज्य ड्राइभको प्रत्येक सेल भण्डार गर्दछ जानकारी को एक वा बढी बिट। जानकारी भण्डारण गर्न विभिन्न प्रकारको जानकारी प्रयोग गरिन्छ। भौतिक प्रक्रियाहरू। ठोस-राज्य ड्राइभहरू विकास गर्दा, निम्न भौतिक मात्राहरू इन्कोडिङ जानकारीको लागि विचार गरियो:

• बिजुली शुल्क (फ्ल्यास मेमोरी सहित);
• चुम्बकीय क्षणहरू (चुम्बकीय स्मृति);
• चरण राज्यहरू (फेज अवस्था मा परिवर्तन संग मेमोरी)।

बिजुली चार्जमा आधारित मेमोरी

नकारात्मक चार्ज प्रयोग गरेर जानकारी इन्कोडिङले धेरै समाधानहरू निहित गर्दछ:

• पराबैंगनी इरेजेबल रोम (EPROM);
• विद्युतीय रूपमा मेटाउन सकिने रोम (EEPROM);
• फ्ल्यास मेमोरी।

प्रत्येक मेमोरी सेल हो फ्लोटिंग गेट MOSFET, जसले नकारात्मक चार्ज भण्डारण गर्दछ। परम्परागत एमओएस ट्रान्जिस्टरबाट यसको भिन्नता फ्लोटिंग गेटको उपस्थिति हो - डाइलेक्ट्रिक तहमा कन्डक्टर।

जब नाली र स्रोत बीच सम्भावित भिन्नता सिर्जना हुन्छ र गेटमा सकारात्मक सम्भावना हुन्छ, स्रोतबाट नालीमा प्रवाह प्रवाह हुनेछ। यद्यपि, यदि त्यहाँ पर्याप्त ठूलो सम्भावित भिन्नता छ भने, केही इलेक्ट्रोनहरू डाइलेक्ट्रिक तह "ब्रेक मार्फत" र फ्लोटिंग गेटमा समाप्त हुन्छन्। यो घटना भनिन्छ सुरुङ प्रभाव.

नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको फ्लोटिंग गेटले विद्युतीय क्षेत्र सिर्जना गर्दछ जसले प्रवाहलाई स्रोतबाट नालीमा प्रवाह गर्नबाट रोक्छ। यसबाहेक, फ्लोटिंग गेटमा इलेक्ट्रोनहरूको उपस्थितिले थ्रेसहोल्ड भोल्टेज बढाउँछ जसमा ट्रान्जिस्टर सक्रिय हुन्छ। ट्रान्जिस्टरको फ्लोटिंग गेटमा प्रत्येक "लेखन" को साथ, डाइलेक्ट्रिक तह अलिकति क्षतिग्रस्त छ, जसले प्रत्येक सेलको पुन: लेख्ने चक्रहरूको संख्यामा सीमा लागू गर्दछ।

फ्लोटिंग-गेट MOSFETs 1967 मा बेल ल्याब्स मा Dawon Kahng र Simon Min Sze द्वारा विकसित गरिएको थियो। पछि, एकीकृत सर्किटहरूमा त्रुटिहरू अध्ययन गर्दा, फ्लोटिंग गेटमा चार्जको कारणले, ट्रान्जिस्टर खोल्ने थ्रेसहोल्ड भोल्टेज परिवर्तन भएको देखियो। यस खोजले डोभ फ्रोहम्यानलाई यस घटनाको आधारमा मेमोरीमा काम सुरु गर्न प्रेरित गर्‍यो।

थ्रेसहोल्ड भोल्टेज परिवर्तन गर्नाले तपाईंलाई ट्रान्जिस्टरहरू "कार्यक्रम" गर्न अनुमति दिन्छ। फ्लोटिंग गेट ट्रान्जिस्टरहरू सक्रिय हुँदैनन् जब गेट भोल्टेज इलेक्ट्रोन बिनाको ट्रान्जिस्टरको लागि थ्रेसहोल्ड भोल्टेज भन्दा बढी हुन्छ, तर इलेक्ट्रोनहरू भएको ट्रान्जिस्टरको लागि थ्रेसहोल्ड भोल्टेज भन्दा कम हुन्छ। यो मूल्यलाई कल गरौं पढ्ने भोल्टेज.

इरेजेबल प्रोग्रामेबल पढ्ने मात्र मेमोरी

1971 मा, इंटेल कर्मचारी डोभ फ्रोहम्यानले ट्रान्जिस्टर-आधारित पुन: लेख्न योग्य मेमोरी सिर्जना गरे इरेजेबल प्रोग्रामेबल रिड-ओनली मेमोरी (EPROM)। मेमोरीमा रेकर्डिङ एक विशेष उपकरण - एक प्रोग्रामर प्रयोग गरी गरिएको थियो। प्रोग्रामरले डिजिटल सर्किटहरूमा प्रयोग गरिएको भन्दा चिपमा उच्च भोल्टेज लागू गर्दछ, जसको कारण आवश्यक भएमा ट्रान्जिस्टरहरूको फ्लोटिंग गेटहरूमा इलेक्ट्रोनहरू "लेखन" गरिन्छ।

EPROM मेमोरी विद्युतीय रूपमा ट्रान्जिस्टरहरूको फ्लोटिंग गेटहरू सफा गर्ने उद्देश्यले थिएन। यसको सट्टा, यो ट्रान्जिस्टरहरूलाई बलियो पराबैंगनी प्रकाशमा पर्दाफास गर्ने प्रस्ताव गरिएको थियो, जसको फोटोनहरूले इलेक्ट्रोनहरूलाई फ्लोटिंग गेटबाट बच्न आवश्यक ऊर्जा दिन्छ। पराबैंगनी प्रकाशलाई चिपमा गहिरो प्रवेश गर्न अनुमति दिन, क्वार्ट्ज गिलास आवासमा थपियो।

फ्रोम्यानले पहिलो पटक आफ्नो EPROM प्रोटोटाइप फेब्रुअरी 1971 मा फिलाडेल्फियामा ठोस-राज्य आईसी सम्मेलनमा प्रस्तुत गरे। गोर्डन मूरले प्रदर्शनलाई सम्झाए: "Dov EPROM मेमोरी कक्षहरूमा बिट ढाँचा प्रदर्शन गर्यो। जब कोशिकाहरू पराबैंगनी प्रकाशमा पर्दा, अपरिचित इंटेल लोगो पूर्ण रूपमा नमेटिएसम्म बिटहरू एक एक गरी गायब भए। ... बीटहरू गायब भयो, र जब अन्तिम गायब भयो, सम्पूर्ण दर्शकहरू तालीले फट्यो। डोभको लेख सम्मेलनमा उत्कृष्ट मानिएको थियो। - लेखको अनुवाद newsroom.intel.com

EPROM मेमोरी पहिले प्रयोग गरिएको "डिस्पोजेबल" पढ्ने-मात्र मेमोरी (ROM) यन्त्रहरू भन्दा महँगो छ, तर पुन: प्रोग्राम गर्ने क्षमताले तपाइँलाई सर्किटहरू छिटो डिबग गर्न र नयाँ हार्डवेयर विकास गर्न लाग्ने समय कम गर्न अनुमति दिन्छ।

पराबैंगनी प्रकाश संग ROM को पुन: प्रोग्रामिंग एक महत्वपूर्ण सफलता थियो, तथापि, विद्युतीय पुनर्लेखनको विचार पहिले नै हावामा थियो।

विद्युतीय रूपमा मेटाउन सकिने प्रोग्रामेबल पढ्ने मात्र मेमोरी

1972 मा, तीन जापानी: यासुओ तारुई, युताका हयाशी र कियोको नागाईले पहिलो विद्युतीय रूपमा मेटाउन सकिने पढ्ने मात्र मेमोरी (EEPROM वा E2PROM) प्रस्तुत गरे। पछि, तिनीहरूको वैज्ञानिक अनुसन्धान EEPROM मेमोरीको व्यावसायिक कार्यान्वयनको लागि प्याटेन्टको अंश बन्नेछ।

प्रत्येक EEPROM मेमोरी सेलमा धेरै ट्रान्जिस्टरहरू हुन्छन्:

• बिट भण्डारणको लागि फ्लोटिंग गेट ट्रांजिस्टर;
• पढ्ने-लेखन मोड नियन्त्रणको लागि ट्रान्जिस्टर।

यो डिजाइनले विद्युतीय सर्किटको तारिङलाई धेरै जटिल बनाउँछ, त्यसैले EEPROM मेमोरी प्रयोग गरिएको थियो जहाँ मेमोरीको सानो मात्रा महत्वपूर्ण थिएन। EPROM अझै पनि ठूलो मात्रामा डाटा भण्डारण गर्न प्रयोग भएको थियो।

फ्ल्यास मेमोरी

फ्ल्यास मेमोरी, EPROM र EEPROM को उत्कृष्ट विशेषताहरू संयोजन गर्दै, 1980 मा जापानी प्रोफेसर फुजियो मासुओका, Toshiba मा इन्जिनियर द्वारा विकसित गरिएको थियो। पहिलो विकासलाई NOR फ्ल्यास मेमोरी भनिन्छ र, यसको पूर्ववर्तीहरू जस्तै, फ्लोटिंग-गेट MOSFETs मा आधारित छ।

NOR फ्ल्यास मेमोरी ट्रान्जिस्टरहरूको दुई-आयामी एरे हो। ट्रान्जिस्टरका गेटहरू शब्द रेखासँग जोडिएका छन्, र नालीहरू बिट लाइनमा जोडिएका छन्। जब भोल्टेज शब्द रेखामा लागू हुन्छ, इलेक्ट्रोनहरू समावेश गर्ने ट्रान्जिस्टरहरू, अर्थात्, "एक" भण्डारण गर्दैन र वर्तमान प्रवाह हुँदैन। बिट लाइनमा वर्तमानको उपस्थिति वा अनुपस्थितिको आधारमा, बिटको मूल्यको बारेमा निष्कर्ष निकालिन्छ।

सात वर्षपछि, फुजियो मासुओकाले NAND फ्ल्यास मेमोरी विकास गरे। यस प्रकारको मेमोरी बिट लाइनमा ट्रान्जिस्टरहरूको संख्यामा भिन्न हुन्छ। NOR मेमोरीमा, प्रत्येक ट्रान्जिस्टर सीधा बिट लाइनमा जोडिएको छ, जबकि NAND मेमोरीमा, ट्रान्जिस्टरहरू श्रृंखलामा जोडिएका छन्।

यस कन्फिगरेसनको मेमोरीबाट पढ्न धेरै गाह्रो छ: पढ्नको लागि आवश्यक भोल्टेज शब्दको आवश्यक रेखामा लागू हुन्छ, र भोल्टेज शब्दको अन्य सबै रेखाहरूमा लागू हुन्छ, जसले ट्रान्जिस्टर खोल्छ यसमा चार्ज स्तरको पर्वाह नगरी। अन्य सबै ट्रान्जिस्टरहरू खुला हुने ग्यारेन्टी भएकाले, बिट लाइनमा भोल्टेजको उपस्थिति एउटा ट्रान्जिस्टरमा मात्र निर्भर हुन्छ, जसमा रिड भोल्टेज लागू हुन्छ।

NAND फ्ल्यास मेमोरीको आविष्कारले सर्किटलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा कम्प्रेस गर्न सम्भव बनाउँछ, एउटै साइजमा थप मेमोरी राख्दै। 2007 सम्म, चिपको निर्माण प्रक्रिया घटाएर मेमोरी क्षमता बढाइएको थियो।

2007 मा, तोशिबाले NAND मेमोरीको नयाँ संस्करण प्रस्तुत गर्‍यो: ठाडो NAND (V-NAND), यस्तो पनि भनिन्छ 3D NAND। यो टेक्नोलोजीले धेरै तहहरूमा ट्रान्जिस्टरहरू राख्नमा जोड दिन्छ, जसले फेरि सघन सर्किटरी र मेमोरी क्षमता बढाउन अनुमति दिन्छ। यद्यपि, सर्किट कम्प्याक्सन अनिश्चित कालसम्म दोहोर्याउन सकिँदैन, त्यसैले भण्डारण क्षमता बढाउन अन्य विधिहरू खोजिएको छ।

प्रारम्भमा, प्रत्येक ट्रान्जिस्टरले दुई चार्ज स्तरहरू भण्डारण गर्यो: तार्किक शून्य र तार्किक एक। यो दृष्टिकोण भनिन्छ एकल-स्तर सेल (SLC)। यस प्रविधिका साथ ड्राइभहरू अत्यधिक भरपर्दो छन् र पुन: लेख्ने चक्रहरूको अधिकतम संख्या छ।

समयसँगै, लुगा प्रतिरोधको खर्चमा भण्डारण क्षमता बढाउने निर्णय गरियो। त्यसैले सेल मा चार्ज स्तर को संख्या चार सम्म छ, र टेक्नोलोजी भनिन्छ बहु-स्तरीय सेल (MLC)। अर्को आयो ट्रिपल-लेभल सेल (TLC) и क्वाड-लेभल सेल (QLC)। भविष्यमा नयाँ स्तर हुनेछ - पेन्टा-लेभल सेल (PLC) प्रति सेल पाँच बिट्स संग। एक सेलमा जति धेरै बिटहरू फिट हुन्छन्, उही लागतमा भण्डारण क्षमता जति ठूलो हुन्छ, तर कम पहिरन प्रतिरोध।

प्राविधिक प्रक्रिया घटाएर र एक ट्रान्जिस्टरमा बिट्सको संख्या बढाएर सर्किटको कम्प्याक्शनले भण्डार गरिएको डाटालाई नकारात्मक असर गर्छ। EPROM र EEPROM ले एउटै ट्रान्जिस्टरहरू प्रयोग गर्ने तथ्यको बावजुद, EPROM र EEPROM ले दस वर्षको लागि पावर बिना डाटा भण्डारण गर्न सक्छ, जबकि आधुनिक फ्ल्यास मेमोरीले एक वर्ष पछि सबै कुरा "बिर्सन" सक्छ।

अन्तरिक्ष उद्योगमा फ्ल्यास मेमोरीको प्रयोग गाह्रो छ किनभने विकिरणले फ्लोटिंग गेटहरूमा इलेक्ट्रोनहरूमा हानिकारक प्रभाव पार्छ।

यी समस्याहरूले फ्ल्यास मेमोरीलाई सूचना भण्डारणको क्षेत्रमा निर्विवाद नेता बन्नबाट रोक्छ। फ्ल्यास मेमोरीमा आधारित ड्राइभहरू व्यापक छन् भन्ने तथ्यको बावजुद, चुम्बकीय क्षणहरू र चरण अवस्थाहरूमा जानकारी भण्डारण सहित यी हानिहरू नहुने मेमोरीका अन्य प्रकारहरूमा अनुसन्धान भइरहेको छ।

चुम्बकीय स्मृति

चुम्बकीय क्षणहरूसँग इन्कोडिङ जानकारी चुम्बकीय कोरहरूमा मेमोरीको रूपमा 1955 मा देखा पर्‍यो। 1970 को मध्य सम्म, फेराइट मेमोरी मेमोरी को मुख्य प्रकार थियो। यस प्रकारको मेमोरीबाट थोरै पढ्दा रिंगको डिमग्नेटाइजेशन र जानकारीको हानि भयो। त्यसैले अलिकति पढेपछि फेरि लेख्नुपर्ने भयो ।

चुम्बकीय स्मृतिको आधुनिक विकासहरूमा, घण्टीको सट्टा, फेरोम्याग्नेटका दुई तहहरू प्रयोग गरिन्छ, डाइलेक्ट्रिकद्वारा छुट्याइन्छ। एउटा तह स्थायी चुम्बक हो, र दोस्रोले चुम्बकीकरणको दिशा परिवर्तन गर्दछ। यस्तो सेलबाट थोरै पढ्दा करेन्ट पास गर्दा प्रतिरोध नाप्न तल आउँछ: यदि तहहरू विपरीत दिशाहरूमा चुम्बकीय छन् भने, प्रतिरोध अधिक हुन्छ र यो मान "1" को बराबर हुन्छ।

फेराइट मेमोरीलाई रेकर्ड गरिएको जानकारी कायम राख्न स्थिर शक्ति स्रोतको आवश्यकता पर्दैन, तथापि, सेलको चुम्बकीय क्षेत्रले "छिमेकी" लाई प्रभाव पार्न सक्छ, जसले सर्किट कम्प्याक्शनमा सीमितता लगाउँछ।

अनुसार JEDEC बिना शक्ति फ्ल्यास मेमोरीमा आधारित SSD ड्राइभहरूले 40 डिग्री सेल्सियसको परिवेशको तापक्रममा कम्तिमा तीन महिनासम्म जानकारी राख्नुपर्छ। Intel द्वारा डिजाइन गरिएको चुम्बकीय स्मृतिमा आधारित चिप 200 डिग्री सेल्सियसमा दस वर्षको लागि डाटा भण्डारण गर्ने वाचा।

विकासको जटिलताको बावजुद, म्याग्नेटोरेसिस्टिभ मेमोरी प्रयोगको क्रममा घट्दैन र मेमोरीका अन्य प्रकारहरूमध्ये उत्कृष्ट प्रदर्शन हुन्छ, जसले यस प्रकारको मेमोरीलाई लेख्न अनुमति दिँदैन।

चरण परिवर्तन मेमोरी

तेस्रो आशाजनक प्रकारको मेमोरी चरण परिवर्तनमा आधारित मेमोरी हो। यस प्रकारको मेमोरीले तातो हुँदा क्रिस्टलीय र अमोर्फस राज्यहरू बीच स्विच गर्न चलकोजेनाइड्सको गुणहरू प्रयोग गर्दछ।

Chalcogenides — आवधिक तालिकाको १६ औं समूह (मुख्य उपसमूहको छैठौं समूह) भएका धातुहरूको बाइनरी यौगिकहरू। उदाहरणका लागि, CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM र Blu-ray डिस्कहरूले जर्मेनियम टेलुराइड (GeTe) र एन्टिमोनी (III) टेलुराइड (Sb16Te6) प्रयोग गर्छन्।

सूचना भण्डारणको लागि चरण ट्रान्जिसनको प्रयोगमा अनुसन्धान गरिएको थियो 1960 Stanford Ovshinsky द्वारा वर्ष, तर त्यसपछि यो व्यावसायिक कार्यान्वयनमा आएन। 2000 को दशकमा, टेक्नोलोजीमा नयाँ चासो देखियो, सैमसंगले 5 एनएसमा बिट स्विच गर्न अनुमति दिने प्रविधि पेटेन्ट गरेको थियो, र इंटेल र एसटीएमईक्रोइलेक्ट्रोनिक्सले राज्यहरूको संख्या चारमा बढायो, जसले गर्दा सम्भावित क्षमता दोब्बर भयो।

जब पिघलने बिन्दु भन्दा माथि तातो हुन्छ, च्याल्कोजेनाइडले यसको क्रिस्टलीय संरचना गुमाउँछ र, चिसो भएपछि, उच्च विद्युतीय प्रतिरोध द्वारा विशेषता अनाकार रूपमा परिणत हुन्छ। बारीमा, जब क्रिस्टलाइजेशन बिन्दु भन्दा माथिको तापक्रममा तताइन्छ, तर पग्लने बिन्दु भन्दा तल, च्याल्कोजेनाइड कम स्तरको प्रतिरोधको साथ क्रिस्टलीय अवस्थामा फर्कन्छ।

चरण परिवर्तन मेमोरीलाई समयको साथ "रिचार्जिङ" आवश्यक पर्दैन, र विकिरणको लागि अतिसंवेदनशील पनि हुँदैन, विद्युतीय रूपमा चार्ज गरिएको मेमोरीको विपरीत। यस प्रकारको मेमोरीले 300 डिग्री सेल्सियसको तापक्रममा 85 वर्षसम्म जानकारी राख्न सक्छ।

इन्टेल प्रविधिको विकास भएको मानिन्छ 3D क्रसपोइन्ट (3D XPoint) यसले जानकारी भण्डारण गर्न चरण संक्रमणहरू प्रयोग गर्दछ। 3D XPoint Intel® Optane™ मेमोरी ड्राइभहरूमा प्रयोग गरिन्छ, जसमा धेरै सहनशीलता भएको दाबी गरिन्छ।

निष्कर्षमा

सॉलिड-स्टेट ड्राइभको भौतिक डिजाइनले इतिहासको आधा शताब्दी भन्दा बढीमा धेरै परिवर्तनहरू पार गरेको छ, तथापि, प्रत्येक समाधानमा यसको कमजोरीहरू छन्। फ्ल्यास मेमोरीको निर्विवाद लोकप्रियताको बावजुद, सैमसंग र इंटेल लगायत धेरै कम्पनीहरूले चुम्बकीय क्षणहरूमा आधारित मेमोरी सिर्जना गर्ने सम्भावना खोजिरहेका छन्।

सेल पहिरन घटाउने, तिनीहरूलाई कम्प्याक्ट गर्ने, र ड्राइभको समग्र क्षमता बढाउने क्षेत्रहरू हुन् जुन हाल ठोस-राज्य ड्राइभहरूको थप विकासको लागि आशावादी छन्।

तपाईले आजको सबैभन्दा राम्रो NAND र 3D XPoint ड्राइभहरू अहिले हाम्रो मा परीक्षण गर्न सक्नुहुन्छ Selectel LAB.

के तपाई सोच्नुहुन्छ कि बिजुली शुल्कहरूमा जानकारी भण्डारण गर्ने प्रविधिहरू अरूले प्रतिस्थापन गर्नेछ, उदाहरणका लागि, क्वार्ट्ज डिस्क वा नुन nanocrystals मा अप्टिकल मेमोरी?

स्रोत: www.habr.com