Pjesët e kaluara të ciklit «Hyrja në SSD» i thanë lexuesit për historinë e shfaqjes së SSD-ve, ndërfaqet e komunikimit me to dhe format e njohura. Pjesa e katërt do të flasë për ruajtjen e të dhënave brenda disqeve.
Në artikujt e mëparshëm të ciklit:
Ruajtja e të dhënave në SSD-të mund të ndahet në dy pjesë logjike: ruajtja e informacionit në një qelizë dhe organizimi i ruajtjes së qelizave.
Ădo qelizĂ« e SSD ruan njĂ« ose disa bita informacioni. PĂ«r ruajtjen e informacionit pĂ«rdoren procese tĂ« ndryshme fizike. GjatĂ« zhvillimit tĂ« SSD-ve janĂ« shqyrtuar kĂ«to sasi fizike pĂ«r kodimin e informacionit:
- ngarkesa elektrike (duke përfshirë memorien Flash);
- momentet magnetike (memoria magnetorezistive);
- gjendjet fazore (memoria me ndryshim gjendjeje fazore).
Memoria e bazuar në ngarkesa elektrike
Kodimi i informacionit përmes ngarkesës negative është në thelb të disa zgjidhjeve:
- memoria e fshirshme me ultraviolet (EPROM);
- memoria e fshirshme elektrikisht (EEPROM);
- Flash memoria.
Ădo qelizĂ« memorike Ă«shtĂ« njĂ« transistor MOSFET me njĂ« kapak fluturues, ku ruhet ngarkesa negative. Dallimi i saj nga njĂ« transistor MOSFET i zakonshĂ«m Ă«shtĂ« pranimi i kapakut fluturues â njĂ« pĂ«rcjellĂ«s nĂ« njĂ« shtresĂ« dielektrike.
Me krijimin e diferencës së potencialeve midis drenuesit dhe burimit dhe me një potencial pozitiv në kapak, do të ketë rrjedhje të energjisë nga burimi te drenuesi. Megjithatë, me një diferencë të mjaftueshme potencialesh, disa elektrone «kalojnë» shtresën dielektrike dhe mbërrijnë në kapakun fluturues. Ky fenomen quhet .
Kapa fluturuese e ngarkuar negativisht krijon një fushë elektrike që pengon rrjedhjen e energjisë nga burimi te drenuesi. Për më tepër, pranimi i elektroneve në kapakun fluturues rrit tensionin prag, në të cilin transistor mbetet i hapur. Me çdo «shkrim» në kapakun fluturues të transistorit, shtresa dielektrike dëmtohet pak, që kufizon numrin e cikle të riprogramimit të çdo qelize.
Transistorët MOSFET me shkëmbim fluturues u zhvilluan nga Dawon Kahng dhe Simon Min Sze në Bell Labs në vitin 1967. Më vonë, gjatë hetimeve të defekteve në qarqet integruese, u vërejt se shkaku i ngarkesës në shkëmbinj u ndryshua tensioni i pragut që aktivizonte transistorin. Ky zbulim inkurajoi Dov Frohmanin të fillonte punën mbi memorjen bazuar në këtë fenomen.
Ndryshimi i tensionit të pragut lejon 'programimin' e transistorëve. Transistorët me ngarkesë në shkëmbinj fluturues nuk do të aktivizohen kur aplikohet një tension mbi pragun për transistorë pa elektrona, por nën pragun për transistorët me elektrona. Le të quajmë këtë vlerë tensioni i leximit.
Memoria e Programueshme e Fshirshme vetë (EPROM)
NĂ« vitin 1971, punonjĂ«si i Intelit, Dov Frohman, krijoi memorjen e rishkruer me transistorĂ«, tĂ« quajtur Memoria e Programueshme e Fshirshme vetĂ« (EPROM). Shkruajtja nĂ« memorje u krye pĂ«rmes njĂ« pajisjeje tĂ« veçantĂ« â programatorit. Programatori aplikon njĂ« tension mĂ« tĂ« lartĂ« mbi çipin se sa aplikohet nĂ« qarqet dixhitale, duke 'shkruar' elektrona nĂ« shkĂ«mbinjtĂ« fluturues tĂ« transistorĂ«ve ku Ă«shtĂ« e nevojshme.
Në memorjen EPROM nuk ishte e parashikuar pastrimi elektrik i shkëmbinjve fluturues të transistorëve. Në vend të kësaj, propozimi ishte të ndikohej në transistorë me rrezatim të fortë ultraviolet, fotonët e të cilëve japin energji elektroneve, energji e nevojshme për të lënë shkëmbin fluturues. Për të lejuar hyrjen e ultravioletit në brendësi të çipit, ishte shtuar qelqi i kuarcit në kapak.
Frohman e paraqiti pĂ«r herĂ« tĂ« parĂ« prototipin e EPROM nĂ« shkurt 1971 nĂ« njĂ« konferencĂ« mbi mikroçipet nĂ« Filadelfia. Gordon Moore kujton demonstrimin: 'Dov demonstroi njĂ« model bitesh nĂ« qelizat e memories EPROM. Kur qelizat ndikoheshin nga drita ultraviolet, bitet zhdukeshin njĂ« nga njĂ«, derisa logoja e njohur e Intel it u fshi plotĂ«sisht. ... Bitet po zhdukeshin, dhe kur i fundit u zhduk, e gjithĂ« audienca shpĂ«rtheu nĂ« duar konfeti. Artikulli i Dov ishte shpallur mĂ« i miri nĂ« konferencĂ«.' â PĂ«rkthimi i artikullit
Memoria EPROM është më e shtrenjtë se pajisjet e mëparshme të kujtesës statike "të një përdorimi", por mundësia e riprogramimit lejon rregullimin më të shpejtë të skemave dhe zvogëlon kohën e zhvillimit të hardware-it të ri.
Riprogramimi i memorisë statike të leximit të vetëm me dritë ultraviolet ishte një përparim i rëndësishëm, megjithatë, ideja e riprogramimit elektrik ishte tashmë në ajër.
Memorie e Leximit të vetëm e Riprogramueshme Elektrikisht
Në vitin 1972, tre japonezë: Yasuo Tarui, Yutaka Hayashi dhe Kiyoko Nagai prezantuan pajisjen e parë të kujtesës që fshihet elektrikisht (Memorie e Leximit të vetëm e Riprogramueshme Elektrikisht, EEPROM ose E2PROM). Më vonë, kërkimet e tyre shkencore do të bëhen pjesë e patenteve për implementime komerciale të memorie EEPROM.
Ădo qelizĂ« e memorisĂ« EEPROM pĂ«rbĂ«het nga disa transistorĂ«:
- Transistori me një grusht të lëvizshëm për ruajtjen e bitit;
- Transistori për kontrollin e modit të leximit-shkrimit.
Kjo konstrukcion e komplikon shumë shtrirjen e skemës elektrike, prandaj memoria EEPROM ishte përdorur në raste kur volumi i vogël i kujtesës nuk ishte kritik. Për ruajtjen e një volume të madhe të dhënash, prapë përdorej memoria EPROM.
Memoria Flash
Memoria Flash, që kombinon karakteristikat më të mira të EPROM dhe EEPROM, u zhvillua nga profesori japonez Fujio Masuoka, inxhinier i kompanisë Toshiba, në vitin 1980. Zhvillimi i parë u quajt memoria Flash e tipit NOR dhe si paraardhësit e saj, bazohej në transistorët MOSFET me një grusht të lëvizshëm.
Memoria Flash e tipit NOR është një matricë dy-dimensionale e transistorëve. Grushtat e transistorëve janë të lidhura me linjën e fjalëve, ndërsa drenazhet - me linjën e bitëve. Kur aplikohet tension në linjën e fjalëve, transistorët që përmbajnë elektrone, dmth që ruajnë "njësinë", nuk do të hapen dhe aktuali nuk do të rrjedhë. Nga prania ose mungesa e aktualit në linjën e bitëve, nxirret përfundimi për vlerën e bitit.
Shtatë vjet më vonë, Fujio Masuoka zhvilloi memorien Flash të tipit NAND. Ky tip memorie ndryshon nga numri i transistorëve në linjën e bitit. Në memorien e tipit NOR, çdo transistor është lidhur drejtpërdrejt me linjën e bitit, ndërsa në memorien NAND, transistorët janë lidhur në seri.
Të lexosh nga memoria e tillë është më e komplikuar: në linjën e nevojshme të fjalës aplikohet tensioni i nevojshëm për lexim, ndërsa në të gjitha linjat e tjera të fjalës aplikohet një tension që hap tranzistorin pavarësisht nga niveli i ngarkesës në të. Pasi të gjithë tranzistorët e tjerë janë me siguri të hapur, prania e tensionit në linjën e bitit varet vetëm nga një tranzistor, në të cilin aplikohet tensioni i leximit.
Shpikja e memories Flash të tipit NAND lejon të kompaktohet ndjeshëm skema, duke vendosur një volum më të madh të memories në përmasa të njëjta. Deri në vitin 2007, volumi i memories ishte rritur duke reduktuar procesin e prodhimit të çipit.
Në vitin 2007, kompania Toshiba prezantoi një version të ri të memories NAND: Vertical NAND (V-NAND), e njohur gjithashtu si 3D NAND. Në këtë teknologji theksohet vendosja e tranzistorëve në disa shtresa, e cila përsëri lejon komaktimin e skemës dhe rritjen e volumit të memories. Megjithatë, komaktimi i skemës nuk mund të përsëritet pafundësisht, prandaj u eksploruan metoda të tjera për rritjen e volumit të ruajtur të memories.
Fillimisht, çdo tranzistor ruante dy nivele ngarkese: zero logjike dhe njësi logjike. Ky qasje quhet Single-Level Cell (SLC). Disqet me këtë teknologji dallohen për besueshmërinë e lartë dhe numrin maksimal të cikleve të ri-shkrimit.
Me kalimin e kohĂ«s u mor njĂ« vendim pĂ«r tĂ« rritur kapacitetin e disqeve me çmimin e qĂ«ndrushmĂ«risĂ«. Pra, numri i niveleve tĂ« ngarkesĂ«s nĂ« qeli arriti deri nĂ« katĂ«r, dhe teknologjia u quajt Multi-Level Cell (MLC). MĂ« pas u shfaqĂ«n Triple-Level Cell (TLC) dhe Quad-Level Cell (QLC). NĂ« tĂ« ardhmen do tĂ« shfaqet njĂ« nivel i ri â Penta-Level Cell (PLC) me pesĂ« biti nĂ« njĂ« qelĂŹ. Sa mĂ« shumĂ« biti tĂ« vendoset nĂ« njĂ« qelĂ, aq mĂ« i madh Ă«shtĂ« volumi i disqes me tĂ« njĂ«jtin çmim, por mĂ« pak qĂ«ndrushmĂ«ri.
Kompaktimi i skemës nëpërmjet reduktimit të procesit dhe rritjes së numrit të bitëve në një tranzistor ndikojnë negativisht në të dhënat e ruajtura. Megjithëse në EPROM dhe EEPROM përdoren të njëjtët tranzistorë, EPROM dhe EEPROM janë në gjendje të ruajnë të dhëna pa energji për dhjetë vjet, ndërsa memoria moderne Flash mund të 'harrojë' gjithçka që pas një viti.
Përdorimi i memories Flash në industrinë hapësinore është i vështirë, pasi radiacioni ndikon negativisht në elektronet në kapakët fluturuese.
Problemet e përmendura e pengojnë Flash-in që të bëhet lideri i papërgënjeshtruar në fushën e ruajtjes së informacionit. Edhe pse kujtesa nga baza Flash është shumë e përhapur, po bëhen kërkime për lloje të tjera kujtese që nuk kanë këto mangësi, mes të cilave ruajtja e informacionit në momentet magnetike dhe gjendjet fazore.
Kujtesa magnetorrezistive
Kodimi i informacionit me momentet magnetike u shfaq në vitin 1955 si kujtesë në bërthama magnetike. Deri në mes të viteve 1970, kujtesa e feritit ishte lloji kryesor i kujtesës. Leximi i një bitti nga ky lloj kujtese shkaktonte demagnetizimin e unazës dhe humbjen e informacionit. Si pasojë, pas leximit të një bitti, duhej ta regjistronim përsëri.
Në zhvillimet bashkëkohore të kujtesës magnetorrezistive, në vend të unazave përdoren dy shtresa ferromagnetike, të ndara nga një dielektrik. Një shtresë është një magnet permanent, ndërsa tjetra ndryshon drejtimin e magnetizimit. Leximi i një bitti nga një cel dhe i tillë reduktohet në matjen e rezistencës gjatë kalimit të rrymës: nëse shtresat janë magnetizuar në drejtime të kundërta, atëherë rezistenca është më e lartë dhe kjo ekvivalent me vlerën "1".
Kujtesa e feritit nuk kërkon një burim të vazhdueshëm energjie për të mbajtur informacionin e regjistruar, megjithatë fusha magnetike e celës mund të ndikojë në "fqinjën", që vendos kufizime në dendësinë e sistemit.
Sipas Disqet SSD nga baza Flash pa energji duhet të mbajnë informacionin për të paktën tre muaj në temperaturën ambientale 40° C. Chipi i zhvilluar nga Intel premton të ruajë të dhënat për dhjetë vjet në temperaturën 200° C.
Pavarësisht nga kompleksiteti i zhvillimit, kujtesa magnetorrezistive nuk degradohet gjatë përdorimit dhe ka performancën më të mirë krahasuar me llojet e tjera të kujtesës, që e bën atë të rëndësishme për t'u marrë në konsideratë.
Kujtesa me ndryshim fazor
Lloji i tretë i perspektivës është kujtesa e bazuar në kalimin e fazës. Ky lloj kujtesës përdor pronat e halogjenideve për të kaluar midis gjendjes kristaline dhe amfishtike gjatë ngrohjes.
Halogjenidet â lidhje binjake tĂ« metaleve me grupin e 16-tĂ« (grupi i 6-tĂ« i nĂ«ngrupit kryesor) tĂ« tabelĂ«s periodike tĂ« Mendeleev-it. PĂ«r shembull, nĂ« CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM dhe disqet Blu-ray pĂ«rdoren telluridi i germaniumit (GeTe) dhe telluridi i antimones (III) (Sb2Te3).
Studimet mbi aplikimin e kalimit fazor për ruajtjen e informacionit u zhvilluan në vitet 1960 nga Stanford Ovshinski, por atëherë nuk u arrit në implementimin komercial. Në vitet 2000, interesi për teknologjinë u rishfaq, Samsung regjistroi një patentë që lejon kalimin e bitit brenda 5 ns, ndërsa Intel dhe STMicroelectronics rritën numrin e gjendjeve në katër, duke i dyfishuar kështu kapacitetet e mundshme.
Me ngrohjen mbi pikën e shkrirjes, chalkogenidi humb strukturën kristaline, dhe duke u ftohur shndërrohet në një formë amorfe, e cila karakterizohet nga një rezistencë e lartë elektrike. Nga ana tjetër, kur ngrohet deri në një temperaturë mbi pikën e kristalizimit, por më poshtë pikës së shkrirjes, chalkogenidi rikthehet në një gjendje kristaline me një nivel të ulët rezistence.
Memoria me kalimin fazor nuk kërkon "rimbushje" me kalimin e kohës, dhe gjithashtu nuk është e ndjeshme ndaj rrezatimit, në ndryshim nga memoria që bazohet në ngarkesa elektrike. Ky tip memorjeje mund të ruajë informacionin për 300 vjet në temperaturën 85°Х.
Mendohet se zhvillimi i Intel, teknologjia 3D Crosspoint (3D XPoint) përdor pikërisht kalimet fazore për ruajtjen e informacionit. 3D XPoint përdoret në memorjet IntelŸ Optane⹠Memory, për të cilat është shpallur një qëndrueshmëri e madhe.
PĂ«rfundim
Disajni fizik i memorjeve SSD ka përjetuar shumë ndryshime gjatë më shumë se gjysmë burri historik, megjithatë, çdo zgjidhje ka disavantazhet e saj. Pavarësisht nga popullariteti i padiskutueshëm të memorieve Flash, disa kompani, përfshirë Samsung dhe Intel, po punojnë për mundësinë e krijimit të memorjeve me momente magnetike.
Reduktimi i konsumit të qelizave, densifikimi i tyre dhe rritja e kapacitetit të përgjithshëm të memorjeve janë drejtimet që aktualisht janë të perspektivshme për zhvillimin e mëtejshëm të memorjeve SSD.
Mund të testoni memorjet më të avancuara NAND dhe 3D XPoint tani në .
A mendoni, do të zëvendësohen teknologjitë e ruajtjes së informacionit në ngarkesa elektrike nga të tjera, siç janë disqet kvarci ose memorja optike në nanokristalet e kripës?
Burimi: habr.com
