NAND flash

Коротко: NAND flash — це пам’ять в SSD, USB-накопичувачах і SD-картах. Вона зберігає дані у вигляді електричного заряду в транзисторних комірках, який зберігається й без живлення.

Докладніше: Кожна комірка — це транзистор з ізольованим шаром («floating gate» або charge trap), у якому замикаються електрони. Кількість заряду визначає, чи буде комірка прочитана як 0 чи 1. Назва NAND походить від послідовного з’єднання комірок (як у логічного елемента NAND).

Подробиці

Як зберігає SSD:

• Запис (програмування): високою напругою електрони «тунелюються» крізь ізолювальний шар у floating gate.
• Читання: невелика тестова напруга вимірює, чи проводить комірка. Порогова напруга видає стан.
• Стирання: заряд знову витягується, лише блоками (блок = кілька МБ), тоді як запис іде посторінково (сторінка = 4 – 16 КБ).
• Немає рухомих частин: тому тихо, стійко до ударів і з надзвичайно малим часом доступу.

Види комірок (біт на комірку):

Тип	Біт	Цикли запису	Щільність	Швидкість	Застосування
SLC	1	~100 000	низька	дуже висока	Промисловість, кеш
MLC	2	~10 000	середня	висока	Професійне
TLC	3	~1 000 – 3 000	висока	добра	Стандартні SSD
QLC	4	~100 – 1 000	дуже висока	нижча	Дешеві великі SSD

3D NAND: комірки укладаються одна на одну у 100–300 шарів. Ємність зростає без потреби далі зменшувати комірки.

Контролер: у кожного SSD є контролер із завданнями:

• Вирівнювання зносу (wear leveling): рівномірно розподіляє записи, щоб жодна комірка не зношувалася завчасно.
• Збирання сміття (garbage collection): впорядковує блоки, що частково містять недійсні дані.
• TRIM: операційна система повідомляє про вільні ділянки, які контролер стирає заздалегідь.
• Корекція помилок (ECC) і запасні комірки (over-provisioning).
• SLC-кеш: частина спочатку швидко пише по 1 біту на комірку, потім реорганізується.

Обмеження:

• Скінченна кількість циклів запису. Міра — TBW (записано терабайтів). Звичайні користувачі рідко її досягають.
• Видалені дані важко перезаписати (безпечне видалення лише через secure erase або шифрування).
• Заряд може витікати за роки (зберігання даних без живлення 1 – 10 років залежно від температури).

Порівняння: NAND flash — технологія, що стоїть за «SSD», а SATA/NVMe — лише підключення. Аналог — NOR flash (швидше читання, виконання напряму, менший розмір, наприклад, чипи BIOS).

Див. також: SSD, Вирівнювання зносу в SSD, SATA, PCIe і NVMe: порівняння