Çok seviyeli hücre - Multi-level cell
Olarak elektronik bir çok katmanlı hücre ( MLC ) a, hafıza hücresi tek bir daha depolayabilen bit bir göre bilgilerin, tek seviyeli hücre ( SLC hafıza hücre başına tek bir bit depolayabilir). Bir bellek hücresi tipik olarak tek bir kayan kapılı MOSFET'ten (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör) oluşur, bu nedenle çok seviyeli hücreler, tek seviyeli hücrelerle aynı miktarda veriyi depolamak için gereken MOSFET'lerin sayısını azaltır.
Üç seviyeli hücreler ( TLC ) ve dört seviyeli hücreler ( QLC ), hücre başına sırasıyla üç ve dört bit depolayabilen MLC belleğinin versiyonlarıdır. " Çok seviyeli hücre" adı bazen özellikle " iki seviyeli hücreye" atıfta bulunmak için kullanılır . Genel olarak, anılar aşağıdaki gibi adlandırılır:
- Tek Düzeyli Hücre veya SLC (hücre başına 1 bit)
- Çok Düzeyli Hücre veya MLC (hücre başına 2 bit) alternatif olarak Çift Düzeyli Hücre veya DLC
- Üç Seviyeli Hücre veya TLC (hücre başına 3 bit) veya 3-Bit MLC
- Dört Seviyeli Hücre veya QLC (hücre başına 4 bit)
- Penta-Level Cell veya PLC (hücre başına 5 bit) – şu anda geliştirme aşamasında
Tipik olarak, 'seviye' sayısı arttıkça performans (hız ve güvenilirlik) ve tüketici maliyeti düşer; ancak bu korelasyon üreticiler arasında değişebilir.
MLC bellek örnekleri, MLC NAND flash , MLC PCM (faz değişim belleği), vb.'dir. Örneğin, SLC NAND flash teknolojisinde, her hücre, hücre başına bir bit bilgi depolayarak iki durumdan birinde bulunabilir. Çoğu MLC NAND flash belleğin hücre başına dört olası durumu vardır, bu nedenle hücre başına iki bit bilgi depolayabilir. Bu, durumları ayıran marj miktarını azaltır ve daha fazla hata olasılığına neden olur. Düşük hata oranları için tasarlanmış çok seviyeli hücrelere bazen kurumsal MLC ( eMLC ) denir .
Çok seviyeli hücreler ve 3D Flash gibi yeni teknolojiler ve artan üretim hacimleri fiyatları düşürmeye devam edecek.
Tek seviyeli hücre
Flash bellek , verileri kayan kapılı MOSFET transistörlerinden yapılmış ayrı bellek hücrelerinde depolar . Geleneksel olarak, her hücrenin iki olası durumu vardı (her biri bir voltaj seviyesine sahip), her bir durum ya bir ya da sıfırı temsil ediyordu , bu nedenle her hücrede tek seviyeli hücreler veya SLC flash bellek olarak adlandırılan bir bit veri depolandı . SLC bellek, daha yüksek yazma hızları, daha düşük güç tüketimi ve daha yüksek hücre dayanıklılığı avantajına sahiptir. Ancak, SLC belleği hücre başına MLC belleğinden daha az veri depoladığından, üretimin megabayt depolama başına maliyeti daha fazladır. Daha yüksek aktarım hızları ve beklenen daha uzun ömür nedeniyle, yüksek performanslı bellek kartlarında SLC flash teknolojisi kullanılmaktadır . Şubat 2016'da, SLC ve MLC'nin güvenilirliği arasında pratikte çok az fark olduğunu gösteren bir çalışma yayınlandı.
Tek seviyeli hücre (SLC) Flash belleğin ömrü yaklaşık 50.000 ila 100.000 program/silme döngüsü olabilir.
Tek düzeyli bir hücre, neredeyse boşken 1'i ve neredeyse doluyken 0'ı temsil eder. Hücrede depolanan verilerin tam olarak okunamadığı iki olası durum arasında bir belirsizlik bölgesi (okuma marjı) vardır.
Çok seviyeli hücre
MLC flash belleğin birincil yararı, daha yüksek veri yoğunluğu nedeniyle depolama birimi başına daha düşük maliyetidir ve bellek okuma yazılımı, daha büyük bir bit hata oranını telafi edebilir . Daha yüksek hata oranı , çoklu bit hatalarını düzeltebilen bir hata düzeltme kodu (ECC) gerektirir; örneğin, SandForce SF-2500 Flash Denetleyicisi, 10 17 bit okuma başına bir sektörden daha az kurtarılamaz bir okuma hatası oranıyla 512 bayt sektör başına 55 bit'e kadar düzeltme yapabilir . En yaygın kullanılan algoritma Bose-Chaudhuri-Hocquenghem'dir ( BCH kodu ). MLC NAND'ın diğer dezavantajları, SLC flash belleğe kıyasla daha düşük yazma hızları, daha düşük program silme döngüleri sayısı ve daha yüksek güç tüketimidir.
Hataların çözülmesine yardımcı olmak için aynı verileri ikinci bir eşik voltajında okuma ihtiyacı nedeniyle okuma hızları MLC NAND için SLC'den daha düşük olabilir. ECC ile düzeltilebilir değerler elde etmek için TLC ve QLC cihazlarının aynı verileri sırasıyla 4 ve 8 defa okuması gerekebilir.
MLC flaşının ömrü yaklaşık 1.000 ila 10.000 program/silme döngüsü olabilir. Bu, tipik olarak , flash aygıtın kullanım ömrünü uzatmak için aşınma dengelemenin kullanılması gibi flash belleğin sınırlamaları etrafında tasarlanmış bir flash dosya sisteminin kullanılmasını gerektirir .
Intel 8087 iki bit başına hücreye teknolojiyi kullandık ve 1980 yılında çok düzeyli ROM hücrelerini kullanmak için piyasadaki ilk cihazlardan biri oldu. Intel daha sonra 1997'de 2-bit çok seviyeli hücre (MLC) NOR flash'ı gösterdi. NEC , 1996'da hücre başına 2 bit depolayan 64 Mb flash bellek yongasıyla dört seviyeli hücreleri gösterdi . 1997'de NEC , 4 Gb kapasiteye sahip dört seviyeli hücrelere sahip dinamik bir rastgele erişimli bellek (DRAM) yongasını gösterdi . STMicroelectronics ayrıca 2000 yılında 64 Mb NOR flash bellek yongasına sahip dört seviyeli hücreler gösterdi .
MLC, dört şarj değeri veya düzeyi kullanarak hücre başına iki bit depolayan hücrelere atıfta bulunmak için kullanılır. 2 bitlik bir MLC, olası her bir ve sıfır kombinasyonuna aşağıdaki gibi atanan tek bir şarj düzeyine sahiptir: %25'e yakın doluyken, hücre ikili değeri 11'i temsil eder, %50'ye yakın olduğunda hücre bir 01'i temsil eder, %75'e yakın olduğunda hücre 00'ı temsil eder ve %100'e yakın olduğunda hücre 10'u temsil eder. Bir kez daha, değerler arasında hücrede depolanan verilerin tam olarak verilemediği bir belirsizlik bölgesi (okuma marjı) vardır. okuman.
2013 itibariyle, bazı katı hal sürücüleri , bir MLC NAND kalıbının bir kısmını sanki tek bit SLC NAND gibi kullanıyor ve daha yüksek yazma hızları sağlıyor.
2018 itibariyle, neredeyse tüm ticari MLC'ler düzlemsel tabanlıdır (yani hücreler silikon yüzey üzerine inşa edilmiştir) ve bu nedenle ölçekleme sınırlamalarına tabidir. Bu potansiyel sorunu çözmek için endüstri, bugünün sınırlamalarının ötesinde depolama yoğunluğu artışlarını garanti edebilecek teknolojilere şimdiden bakıyor. En umut verici olanlardan biri, hücrelerin dikey olarak istiflendiği ve böylece düzlemsel ölçeklemenin sınırlamalarından kaçınıldığı 3D Flash'tır.
Geçmişte, birkaç bellek cihazı diğer yöne gitti ve daha düşük bit hata oranları vermek için bit başına iki hücre kullandı.
Enterprise MLC (eMLC), MLC'nin ticari kullanım için optimize edilmiş daha pahalı bir çeşididir. Geleneksel SLC sürücülere göre maliyet tasarrufu sağlarken normal MLC'lerden daha uzun süre dayandığını ve daha güvenilir olduğunu iddia ediyor. Pek çok SSD üreticisi, kurumsal kullanıma yönelik MLC sürücüleri üretmiş olsa da, yalnızca Micron bu isim altında ham NAND Flash yongaları satmaktadır.
Üç seviyeli hücre
Bir Paket Seviye Celi ( TLC ) bir tür NAND flaş bellek hücre başına bir bilgi depoları üç bit o. Toshiba , 2009 yılında üç seviyeli hücrelere sahip belleği tanıttı.
Samsung , sekiz toplam voltaj durumuyla (değerler veya seviyeler) hücre başına üç bit bilgi depolayan bir tür NAND flaşı duyurdu ve "Üç Seviyeli Hücre" ("TLC") terimini kullandı. Samsung Electronics , 2010 yılında seri üretmeye başladı ve ilk olarak Samsung'un 840 Serisi SSD'lerinde görüldü . Samsung, bu teknolojiyi 3-bit MLC olarak adlandırır. MLC'nin olumsuz yönleri TLC ile güçlendirilir, ancak TLC daha yüksek depolama yoğunluğu ve daha düşük maliyetten yararlanır.
2013 yılında Samsung , 128 Gb bellek kapasitesine sahip üç seviyeli hücrelerle V-NAND'ı (3D NAND olarak da bilinen Dikey NAND) tanıttı . TLC V-NAND teknolojilerini 2015'te 256 Gb belleğe ve 2017'de 512 Gb belleğe genişlettiler .
Dört seviyeli hücre
_(MZ-77Q8T0BW)_20211008_SSD023_corr.png)
Hücre başına dört bit depolayan bellek, TLC tarafından belirlenen kurala göre genellikle Dört Seviyeli Hücre ( QLC ) olarak adlandırılır . Buluşundan önce QLC, on altı voltaj durumuna sahip olabilen hücrelere, yani hücre başına dört bit depolayan hücrelere atıfta bulunmuştur.
2009'da Toshiba ve SanDisk , hücre başına 4 bit depolayan ve 64 Gb kapasiteye sahip dört seviyeli hücrelere sahip NAND flash bellek yongalarını piyasaya sürdü .
2009 yılında piyasaya sürülen SanDisk X4 flash bellek kartları, her bir bireyde 16 ayrı şarj seviyesi (durum) kullanan, genellikle Dört Seviyeli Hücre (QLC) olarak adlandırılan, hücre başına dört bit depolayan NAND belleğe dayalı ilk ürünlerden biriydi. transistör. Bu hafıza kartlarında kullanılan QLC yongaları Toshiba, SanDisk ve SK Hynix tarafından üretildi .
2017'de Toshiba, 768 Gb'ye kadar depolama kapasitesine sahip dört seviyeli hücrelere sahip V-NAND bellek yongalarını piyasaya sürdü. 2018 yılında ADATA , Intel , Micron ve Samsung, QLC NAND bellek kullanan bazı SSD ürünlerini piyasaya sürdü.
2020'de Samsung, müşteriler için 8 TB'a kadar depolama alanına sahip bir QLC SSD piyasaya sürdü. 2020 itibariyle son müşteriler için en büyük depolama kapasitesine sahip SATA SSD'dir.