Bộ nhớ flash NAND là gì?

Bộ nhớ flash NAND là gì?

Bộ nhớ flash NAND là một loại công nghệ lưu trữ ổn định không cần nguồn điện để lưu giữ dữ liệu. Mục tiêu quan trọng của việc phát triển flash NAND là giảm chi phí trên mỗi bit và tăng dung lượng chip tối đa để bộ nhớ flash có thể cạnh tranh với các thiết bị lưu trữ từ tính, chẳng hạn như đĩa cứng. NAND flash đã tìm được thị trường cho các thiết bị thường xuyên tải lên và thay thế các tệp lớn. Máy nghe nhạc MP3, máy ảnh kỹ thuật số và ổ flash USB sử dụng công nghệ NAND.

Flash NAND lưu dữ liệu dưới dạng khối và dựa vào mạch điện để lưu trữ dữ liệu. Khi ngắt điện khỏi bộ nhớ flash NAND, chất bán dẫn oxit kim loại sẽ cung cấp thêm điện cho ô nhớ để lưu giữ dữ liệu. Các ô nhớ NAND được tạo ra với hai loại cổng, cổng điều khiển và cổng nổi. Cả hai cổng sẽ giúp kiểm soát luồng dữ liệu. Để lập trình cho một ô, một điện áp được gửi đến cổng điều khiển.

5 tính năng của bộ nhớ flash NAND

Bộ nhớ flash NAND có 5 tính năng chính, bao gồm:

• Khả năng lưu trữ không bay hơi: flash NAND có thể lưu trữ dữ liệu mà không cần sử dụng pin hoặc bất kỳ nguồn điện áp nào khác.
• Có thể lập trình lại: flash NAND có thể được lập trình lại để chứa bất kỳ loại dữ liệu nào, từ tài liệu đến video.
• Thời gian ghi và xóa nhanh: flash NAND có thời gian ghi và xóa nhanh, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng ưu tiên ghi vĩnh viễn hơn là truy xuất dữ liệu.
• Dung lượng lưu trữ lớn: flash NAND có thể lưu trữ nhiều dữ liệu, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các thiết bị lưu trữ di động và các ứng dụng yêu cầu nhiều dung lượng.
• Chi phí sản xuất thấp: Chi phí sản xuất bộ nhớ NAND thấp, khiến chúng trở nên hiệu quả về chi phí hơn các loại bộ nhớ khác.

Bộ nhớ flash NAND hoạt động như thế nào?

Bộ nhớ flash NAND là một loại chip bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình được (EEPROM) có thể xóa được bằng điện tử. Nó sử dụng một mạng lưới các cột và hàng để lưu trữ dữ liệu. Mỗi giao điểm của lưới chứa hai bóng bán dẫn được ngăn cách bởi một lớp oxit mỏng – một bóng bán dẫn được gọi là cổng nổi và bóng bán dẫn kia được gọi là cổng điều khiển. Cổng điều khiển kết nối cổng nổi với hàng tương ứng của nó trong lưới.

Flash NAND lưu dữ liệu dưới dạng khối và dựa vào mạch điện để lưu trữ dữ liệu. Khi ngắt điện khỏi bộ nhớ flash NAND, chất bán dẫn oxit kim loại sẽ cung cấp thêm điện cho ô nhớ để lưu giữ dữ liệu. Các ô nhớ NAND được tạo ra với hai loại cổng, cổng điều khiển và cổng nổi. Cả hai cổng sẽ giúp kiểm soát luồng dữ liệu. Để lập trình cho một ô, một điện áp được gửi đến cổng điều khiển.

Đường hầm Fowler-Nordheim được sử dụng để thay đổi giá trị của ô từ số 1 thành số 0. Để thay đổi ô thành giá trị số 0 – để lập trình bit một cách hiệu quả – phải diễn ra quá trình này. Quá trình này đòi hỏi điện áp được cung cấp bởi mạch điều khiển hoạt động. Nhưng các tế bào tạo nên thiết bị flash sẽ duy trì trạng thái tích điện hoặc cạn kiệt của chúng vô thời hạn sau khi nguồn điện bên ngoài của chip bị ngắt. Đây là điều làm cho bộ nhớ NAND không bị thay đổi.

Các loại bộ lưu trữ flash NAND phổ biến

Các loại bộ lưu trữ flash NAND phổ biến bao gồm SLC, MLC, TLC, QLC và 3D NAND. Điều phân biệt từng loại là số bit trên mỗi ô. Càng lưu trữ nhiều bit trong mỗi ô thì chi phí lưu trữ flash NAND sẽ càng ít tốn kém.

• SLC (Single-Level Cell): lưu trữ một bit trên mỗi ô, có độ bền cao nhất nhưng cũng là loại bộ lưu trữ flash NAND đắt nhất.
• MLC (Multi-Level Cell): lưu trữ hai bit trên mỗi ô, có độ bền kém hơn so với SLC nhưng ít tốn kém hơn.
• TLC (Triple-Level Cell): lưu trữ ba bit trên mỗi ô, rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn.
• QLC (Quad-Level Cell): lưu trữ bốn bit trên mỗi ô, thậm chí còn có độ bền kém hơn và thường rẻ hơn.
• 3D NAND (NAND ba chiều): xếp các ô nhớ lên nhau, cho phép lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trên một chip.

So sánh bộ nhớ NAND và NOR

Hai loại flash chính là bộ nhớ flash NAND và NOR , lấy tên từ các cổng logic tương ứng.

Bộ nhớ flash NAND được ghi và đọc theo các khối nhỏ hơn thiết bị, trong khi bộ nhớ flash NOR đọc và ghi byte độc ​​lập. Các trường hợp sử dụng cho cả bộ nhớ flash NOR và NAND bao gồm máy tính xách tay và máy tính để bàn; máy ảnh kỹ thuật số và máy nghe nhạc; điện thoại thông minh; trò chơi điện tử; và điện tử khoa học, công nghiệp và y tế.

Flash NAND mang lại thời gian xóa và ghi nhanh hơn flash NOR, trong khi công nghệ NAND mang lại mật độ tốt hơn với chi phí trên mỗi bit thấp hơn. NAND cũng có độ bền gấp 10 lần NOR.

NAND không phải là sự thay thế phù hợp cho ROM vì nó không cung cấp quyền truy cập ngẫu nhiên ở cấp độ byte mà dữ liệu được lưu trữ trên ROM thường yêu cầu. Bộ nhớ NOR là sự thay thế tốt cho ổ RAM và ROM. NAND có liên quan chặt chẽ hơn với các thiết bị lưu trữ thứ cấp , chẳng hạn như đĩa cứng. Điều này làm cho flash NAND phù hợp với các trường hợp sử dụng bộ lưu trữ dung lượng lớn, chẳng hạn như SSD.

Tương lai của flash NAND

Bộ nhớ flash NAND đã trở thành một thành phần quan trọng của các thiết bị điện tử di động hiện đại. Khi các thiết bị này ngày càng phát triển và cố gắng cung cấp nhiều tính năng và chức năng hơn, khối lượng bộ nhớ flash NAND ngày càng lớn hơn sẽ được yêu cầu để xử lý nhu cầu lưu trữ dữ liệu và mã ngày càng tăng.

Mục tiêu chính của việc thiết kế và phát triển bộ nhớ flash NAND là mật độ – đóng gói nhiều bit hơn vào các chip nhỏ hơn và có cấu hình thấp hơn. Những năm gần đây đã chứng kiến ​​sự phát triển của 4D NAND 128 lớp của SK Hynix và thiết bị V-NAND của Samsung với hơn 100 lớp mang lại hiệu suất bộ nhớ tốt hơn với độ trễ thấp hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.

Những động lực cơ bản hướng tới dung lượng lớn hơn và hiệu suất vượt trội này có thể sẽ định hình tương lai của các thiết bị NAND. Các nhà sản xuất đã phát triển 192 lớp 3D NAND và các thiết bị NAND 256 lớp sắp ra mắt. Các nhà sản xuất sẽ đạt được những mục tiêu này thông qua việc sử dụng các thiết kế mạch flash tiên tiến cùng với các vật liệu bán dẫn ngày càng cải tiến và công nghệ chế tạo để sản xuất các tấm bán dẫn flash.