24.01.2019 Как устроен и работает SSD-диск?
В этой статье мы постраемся кратко и доступно рассказать об устройстве и принципах работы современных SSD накопителей. Традиционные жесткие диски хранят информацию на магнитных пластинах (платтерах), где актуатор со считывающими головками получает информацию с вращающегося диска, в SSD информация хранится на флеш-памяти NAND.
Массив ячеек памяти NAND состоит из транзисторов с плавающим затвором. Электроны в зависимости от направления напряжения перемещаются между управляющим затвором и каналом NAND. Когда на управляющий затвор подается напряжение, электроны начинают притягиваться вверх, а полученное электрическое поле помогает им достичь плавающего затвора, преодолев при этом препятствие из оксида. Благодаря такому препятствию электроны не двигаются дальше плавающего затвора. Таким образом, происходит программирование ячейки.
Одно из главных преимуществ SSD над традиционными жесткими дисками - отсутствие подвижных частей. Это дает твердотельным накопителям возможность работать на скоростях, заметно превосходящих HDD. Ниже представлена сводная таблица по времени задержки различных типов NAND и HDD.
SLC, MLC, TLC - это количество бит в каждой ячейке. У SLC (Single) это один бит, у MLC (Multi) - два бита, у TLC (Triple) - три бита. MLC хранит в два раза больше информации, чем SLC, и это при том, что количество ячеек одинаковое. В целом, принцип работы у этих типов NAND аналогичный, что нельзя сказать об их выносливости.
Например, если взять кристалл NAND плотностью 16 Гбит, мы получим SLC 16 Гбит при том, что в каждой ячейке один бит. Для MLC это будет 32 Гбит, а для TLC - 48 Гбит. Однако, в последнем случае кристалл NAND все равно приходится резать, в итоге получается эквивалент равный 32 Гбит MLC.
У TLC в плане выносливости, самый лучший показатель - данный тип NAND выдерживает широкий диапазон колебаний напряжения. Накопители на TLC отличаются доступной ценой при достаточной большой емкости.
Недавно на смену планарной флеш-памяти NAND пришла 3D NAND, которая меньше подвержена износу. Этого удалось достичь за счет отсутствия необходимости в подаче высокого напряжения при записи данных в ячейку. Следует отметить, что ведущие производители накопителей активно развивают данное направление, и на рынке уже имеется достаточно SSD , основанных памяти 3D NAND. По стоимости они, естественно дороже, но и служить такие накопители будут гораздо дольше.
В случае с 3D NAND памятью мы получаем цилиндр с верхним слоем в роли управляющего затвора, при этом внутренний слой выполняет роль изолятора. Сами ячейки памяти располагаются друг под другом, образуя стек. Управляющая логика размещается под массивом памяти, тем освобождается площадь чипа, где могут быть размещены ячейки памяти.
С современными технологиями SSD стали еще более производительными и имеют отличную пропускную способность. После появления NAND, многие ждали чего-то нового в плане производительности, и 3D NAND не заставила себя ждать. Вероятно, в скором времени нас ожидает еще куда более стремительный прорыв в плане развития технологий флеш-памяти.
Например, если взять кристалл NAND плотностью 16 Гбит, мы получим SLC 16 Гбит при том, что в каждой ячейке один бит. Для MLC это будет 32 Гбит, а для TLC - 48 Гбит. Однако, в последнем случае кристалл NAND все равно приходится резать, в итоге получается эквивалент равный 32 Гбит MLC.
У TLC в плане выносливости, самый лучший показатель - данный тип NAND выдерживает широкий диапазон колебаний напряжения. Накопители на TLC отличаются доступной ценой при достаточной большой емкости.
Недавно на смену планарной флеш-памяти NAND пришла 3D NAND, которая меньше подвержена износу. Этого удалось достичь за счет отсутствия необходимости в подаче высокого напряжения при записи данных в ячейку. Следует отметить, что ведущие производители накопителей активно развивают данное направление, и на рынке уже имеется достаточно SSD , основанных памяти 3D NAND. По стоимости они, естественно дороже, но и служить такие накопители будут гораздо дольше.
В случае с 3D NAND памятью мы получаем цилиндр с верхним слоем в роли управляющего затвора, при этом внутренний слой выполняет роль изолятора. Сами ячейки памяти располагаются друг под другом, образуя стек. Управляющая логика размещается под массивом памяти, тем освобождается площадь чипа, где могут быть размещены ячейки памяти.
С современными технологиями SSD стали еще более производительными и имеют отличную пропускную способность. После появления NAND, многие ждали чего-то нового в плане производительности, и 3D NAND не заставила себя ждать. Вероятно, в скором времени нас ожидает еще куда более стремительный прорыв в плане развития технологий флеш-памяти.