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