Flash paměť. Solid State Drive. Typy flash pamětí. Paměťová karta. NAND a NOR: co to je a s čím jedí

Ahoj všichni! Zrovna nedávno jsem potkal svého starého přítele. Začali jsme si povídat a on se slovy „Podívej se, jaký telefon teď používám!“ ukázal svůj starý tlačítko Nokia. Ukázalo se, že firmware na jeho iPhone neustále „létá“ - musel dát smartphone do servisního střediska. Vypadalo to jako běžná věc...

Pro přítele se však seznam prací, které služba provede, ukázal jako neobvyklý. Kompletní diagnostika, Aktualizace software(v případě potřeby) a další "obyčejné věci" - zde je vše standardní a přehledné. Hlavní otázka byla způsobena takovou frází mistra - "s největší pravděpodobností musíte hodit Nand Flash."

Samozřejmě jsem ve službě neukázal, že bych nerozuměl, o co jde - říkají, že už vím všechno bez tebe. Vy jste hlavní věc - udělejte to. Jenže přišel domů a hned začal „googlovat“ – o co jde, Nand Flashi? A na fíku to válet někde uvnitř iPhonu?

Smáli jsme se s ním, rozcházeli se a já si říkal – proč nenapsat krátkou poznámku na toto téma? Nezabere to mnoho času a lidem, kteří se potýkají se stejným problémem jako můj přítel, bude o něco jasnější, co se s jejich smartphonem děje. Myslel - udělal. Jít!:)

Co je Nand Flash v iPhone?

Tento vnitřní paměť zařízení. Ano, ano, to samé a což majitelům iPhonů s 16 GB velmi často nestačí.

Zhruba řečeno, Nand Flash v iPhone 7 32 GB je stejných 32 GB vnitřní paměti.

Paměť je umístěna na hlavní systémová deska zařízení a nevyniká ničím pozoruhodným - nejběžnějším čipem.

Přirozeně to není vůbec flash disk - iPhone nemůžete rozebrat, je snadné odpojit Nand Flash, vložit další a myslet si, že vše bude „OK“. Nebude. I když stojí za zmínku, že v některých případech je to stále možné. Ale o tom trochu dále. A když už jsme u toho problému...

Příčiny poruchy

Možností není příliš mnoho a všechny jsou zpravidla „standardní“:

1. Pád zařízení.
2. Jiné fyzické poškození.
3. Vnikání kapaliny.
4. Manželství.
5. Útěk z vězení.

Zde není nic zvláštního k malování - je jasné, že pokud bude zařízení hozeno a naplněno vodou, projeví se to na jeho výkonu.

I když si stále všimnu samostatně takové položky, jako je tovární manželství - to je také velmi možné. Byl jsem svědkem podobné situace - iPhone byl právě zakoupen, ale nefunguje správně - restartuje se, zobrazuje chyby během obnovy a obecně se chová divně. Výsledkem bylo posláno do služby - manželství Nand Flash paměť a následná výměna zařízení.

Příznaky flash paměti iPhone

Tato porucha nemá žádné jasné a jednoznačné příznaky (na obrazovce se neobjeví nápis - vaše zařízení má problémy s pamětí), takže to vše lze uhodnout pouze nepřímými příznaky:

Když už mluvíme o broucích...

Chyby iTunes indikující vadný Nand Flash

Většina správná cestařešení různých problémů při provozu zařízení. Pokud má však iPhone problémy s pamětí Nand Flash, může být proces obnovy přerušen a může být doprovázen následujícími typickými chybami:

Je však důležité si to zapamatovat - iTunes jsou navrženy tak, že stejné číslo chyby může mít několik příčin.

Například chyba 4013 může signalizovat jak problémy se samotným mikroobvodem, tak neoriginální použití drátu pro připojení k PC.

Jak vidíte, rozptyl je velmi velký - od jednoduchého drátu až po velmi složitou opravu. Proto je možné tento seznam chyb použít k předběžné analýze situace, ale nelze slepě věřit.

Oprava paměti Nand Flash - je to možné?

Možná. Ale samozřejmě ne „doma“. Navíc ne všechna servisní střediska jsou schopna tuto operaci provést. Například "ve stanu na tržnici" vám s největší pravděpodobností nebudou moci pomoci - prostě nebude potřebné vybavení. Ano, a nějaká dovednost by měla být.

Ještě jednou samostatně poznamenám - pokud váš iPhone nedošel záruční doba(), pak nemusíte nic vymýšlet - . S vysokou mírou pravděpodobnosti dostanete na oplátku nové zařízení.

Pokud se zárukou „rozpětí“ a oprava paměti Nand Flash je stále nutná, má servisní středisko dvě možnosti, jak situaci napravit:

Mimochodem, pokud mluvíme o vybavení pro firmware Nand Flash, pak jsou takoví programátoři poměrně různorodí, ale jedna věc je stále spojuje - cena. Všechny stojí slušné peníze – ne každý si něco takového může dovolit.

Jaký závěr lze z toho všeho vyvodit? Problémy s Paměť iPhone- Toto je poměrně vážná porucha, kterou je velmi obtížné opravit sami. Ale ani situace není beznadějná. Hlavní věcí je najít dobré servisní středisko s kompetentními specialisty a potřebné vybavení. A pak vás iPhone bude těšit svou prací na dlouhou dobu!

P.S. Ano, krátká poznámka nefungovala :) Nicméně, co je, to je - teď to nemazat. Ano, a informace jsou užitečné - někdo se bude hodit. Souhlasíš? Dejte "lajky", klikněte na tlačítka sociálních sítí - podpořte autora! Snažil se, upřímně. Děkuji!

P.S.S. Zbývají nějaké otázky? Chcete k článku něco dodat nebo chcete vyprávět svůj vlastní příběh? Jsou k tomu komentáře - klidně pište!

výkon a termín SSD služby primárně závislé na NAND flash a řadiči s firmwarem. Jsou hlavními složkami ceny pohonu a je logické si na tyto komponenty při nákupu dávat pozor. Dnes budeme mluvit o NAND.

Pokud si přejete, můžete najít jemnosti technologického procesu výroby flash paměti na stránkách specializovaných na Recenze SSD. Můj článek je zaměřen na širší čtenářskou obec a má dva cíle:

1. Zvedněte závoj nad vágními specifikacemi zveřejněnými na stránkách výrobců a obchodů SSD.
2. Odstraňte otázky, které můžete mít při studiu technických charakteristik paměti různých jednotek a čtení recenzí napsaných pro "železné" geeky.

Nejprve ilustruji problém pomocí obrázků.

Co je uvedeno ve vlastnostech SSD

Specifikace NAND zveřejněné na oficiálních stránkách výrobců a v obchodních řetězcích ne vždy obsahují podrobné informace. A co víc, terminologie se hodně liší a já jsem pro vás sestavil data na pěti různých discích.

Říká vám něco tento obrázek?

Dobře, řekněme, že Yandex.Market není nejspolehlivějším zdrojem informací. Pojďme na stránky výrobců – stalo se to jednodušší?

Možná to bude jasnější?

A pokud ano?

Nebo je to ještě lepší?

Mezitím mají všechny tyto disky nainstalovanou stejnou paměť! Je těžké tomu uvěřit, zvláště při pohledu na poslední dva obrázky, že? Po přečtení zápisu až do konce se o tom nejen přesvědčíte, ale přečtete si i takové charakteristiky jako otevřená kniha.

Výrobci pamětí NAND

Výrobců flash pamětí je mnohem méně než společností prodávajících SSD pod vlastními značkami. Většina disků má nyní paměť z:

• Intel / Micron
• Hynix
• Samsung
• Toshiba/SanDisk

Intel a Micron sdílejí stejné místo na seznamu z nějakého důvodu. Vyrábí NAND na stejných technologiích jako součást společného podniku IMFT.

V předním závodě v americkém státě Utah se stejná paměť vyrábí pod značkami těchto dvou společností v téměř stejném poměru. Z továrny v Singapuru, kterou nyní ovládá Micron, mohou paměti pocházet také pod značkou její dceřiné společnosti SpecTek.

Všichni výrobci SSD nakupují NAND od výše uvedených společností, takže různé disky mohou mít prakticky stejnou paměť, i když je jejich značka odlišná.

Zdálo by se, že v této situaci s pamětí by mělo být vše jednoduché. Existuje však několik typů NAND, které jsou zase rozděleny podle různých parametrů, což vnáší zmatek.

Typy paměti NAND: SLC, MLC a TLC

Jedná se o tři různé typy NAND, přičemž hlavním technologickým rozdílem mezi nimi je počet bitů uložených v paměťové buňce.

SLC je nejstarší ze tří technologií a moderní SSD s touto NAND najdete jen stěží. Většina disků nyní obsahuje MLC a TLC je nové slovo na trhu s pamětí SSD.

Obecně se TLC dlouho používá v USB flash discích, kde výdrž paměti nemá praktický význam. Nové technologické postupy zlevňují gigabajt TLC NAND u SSD disků a přitom poskytují přijatelný výkon a životnost, což logicky zajímá všechny výrobce.

Zajímavé je, že zatímco širokou veřejnost znepokojuje omezený počet cyklů zápisu SSD, s vývojem technologií NAND se tento parametr pouze snižuje!

Jak určit konkrétní typ paměti na SSD

Ať už jste si právě zakoupili jednotku SSD nebo ji plánujete koupit, po přečtení tohoto příspěvku můžete mít otázku položenou v podnadpisu.

Žádný program neukazuje typ paměti. Tyto informace lze nalézt v recenzích jednotek, ale existuje kratší cesta, zvláště když potřebujete porovnat několik kandidátů na nákup.

Na specializovaných stránkách najdete databáze SSD a zde je příklad.

Paměťové specifikace svých disků jsem tam našel bez problémů, s výjimkou SanDisku P4 (mSATA) nainstalovaného v tabletu.

Které SSD má nejlepší paměť

Pojďme si nejprve projít hlavní body článku:

• Výrobci NAND se dají spočítat na prstech jedné ruky
• moderní disky SSD využívají dva typy NAND: MLC a TLC, které teprve nabývají na síle
• MLC NAND se liší v rozhraních: ONFi (Intel, Micron) a Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
• ONFi MLC NAND se dělí na asynchronní (levnější a pomalejší) a synchronní (dražší a rychlejší)
• Výrobci SSD používají paměti různých rozhraní a typů, čímž vytvářejí rozmanitou škálu pro každý rozpočet
• oficiální specifikace zřídka obsahují konkrétní informace, ale základy SSD data vám umožní přesně určit typ NAND

V takové zoologické zahradě samozřejmě nemůže být jednoznačná odpověď na otázku položenou v podtitulu. Bez ohledu na značku disku NAND vyhovuje deklarovaným specifikacím, jinak nemá smysl pro OEM kupovat (na SSD dávají záruku).

Nicméně ... představte si, že vás léto potěšilo nebývalou úrodou jahod v zemi!

Je to všechno šťavnaté a sladké, ale tolik se toho sníst prostě nedá, a tak se rozhodnete prodat nějaké bobule, které jste si natrhali.

Necháte si ty nejlepší jahody pro sebe nebo je dáte do prodeje? :)

Dá se předpokládat, že výrobci NAND instalují nejvíce lepší paměť do vašich úložišť. Vzhledem k omezenému počtu NAND společností je seznam výrobců SSD ještě kratší:

• Crucial (divize Micronu)
• Intel
• Samsung

Opět je to jen předpoklad, nepodložený spolehlivými fakty. Ale jednali byste na místě těchto společností jinak?

Potřeba energeticky nezávislé flash paměti roste úměrně se stupněm pokroku počítačové systémy do koule mobilní aplikace. Spolehlivost, nízká spotřeba, malé rozměry a nízká hmotnost jsou zřejmé výhody flash médií ve srovnání s diskovými jednotkami. S neustále klesajícími náklady na ukládání jednotky informací ve flash paměti poskytují média na nich založená stále více výhod a funkcí pro mobilní platformy a přenosná zařízení využívající takovou paměť. Mezi různými typy pamětí je NAND flash paměť nejvhodnějším základem pro vytváření energeticky nezávislých úložných zařízení pro velké množství informací.

V současné době existují dvě hlavní struktury pro budování flash paměti: paměť založená na buňkách NOR a NAND. Struktura NOR (obr. 1) se skládá z paralelně zapojených buněk pro ukládání elementárních informací. Tato organizace buněk poskytuje možnost náhodného přístupu k datům a zaznamenávání informací bajt po bajtu. Struktura NAND (obr. 2) je založena na principu sekvenčního spojování elementárních buněk tvořících skupiny (16 buněk v jedné skupině), které jsou spojeny do stránek a stránek do bloků. S takovou konstrukcí paměťového pole je přístup k jednotlivým buňkám nemožný. Programování se provádí současně pouze v rámci jedné stránky a při mazání je umožněn přístup k blokům nebo skupinám bloků.

obr.1 Struktura NOR	obr.2 Struktura NAND

V důsledku toho se rozdíly v organizaci struktury mezi pamětí NOR a NAND odrážejí v jejich charakteristikách. Při práci s relativně velkými datovými poli se procesy zápisu/mazání v paměti NAND provádějí mnohem rychleji než v paměti NOR. Vzhledem k tomu, že 16 sousedních paměťových buněk NAND je zapojeno do série bez jakýchkoli kontaktních mezer, je dosaženo velké plochy buněk na čipu, což umožňuje získat velkou kapacitu při stejných technologických standardech. Jádrem programování NAND flash je proces tunelování elektronů. A protože se používá jak pro programování, tak pro mazání, je dosaženo nízké spotřeby paměťového čipu. Struktura sekvenční buňky umožňuje vysoký stupeň škálovatelnosti, díky čemuž je NAND flash lídrem v závodě s rozšiřováním paměti. Protože k tunelování elektronů dochází v celé oblasti buněčného kanálu, je rychlost zachycení náboje na jednotku plochy NAND flash nižší než u jiných flash technologií, což má za následek vyšší rychlost cyklu programování/mazání. Programování a čtení se provádí sektor po sektoru nebo stránku po bloku, v blocích po 512 bytech, aby se emulovala běžná velikost sektoru diskových jednotek.

Hlavní rozdíly v parametrech flash paměti vyráběné různými technologiemi jsou uvedeny v tabulce 1.

Stůl 1. Srovnávací charakteristiky paměťové moduly založené na buňkách NAND a NOR

Vedoucím lídrem ve výrobě NAND-flash čipů je Hynix. Vyrábí několik druhů paměťových čipů, které se liší v následujících klíčových parametrech:

• kapacita (256 Mbps, 512 Mbps a 1 Gbps);
• šířka sběrnice, 8 nebo 16 bitů (x8, x16);
• napájecí napětí: 2,7 až 3,6 V (3,3 V zařízení) nebo 1,7 až 1,95 V (1,8 V zařízení);
• velikost stránky: v x8 zařízeních (512 + 16 náhradních) bajtech, v 16x - (256 + 8 náhradních) slov;
• velikost bloku: v x8 zařízeních (16K + 512 náhradních) bytů, v 16x - (8K + 256 náhradních) slov;
• přístupová doba: náhodný přístup 12 µs, sekvenční 50 ns;
• doba programování stránky 200 µs;

Všechny flash čipy Hynix NAND se vyznačují typickou dobou vymazání bloku 2 ms, mají hardwarovou ochranu dat při přechodné jevy na napájení a umožňují 100 000 cyklů zápisu/vymazání. Garantovaná doba uchování dat je 10 let. Důležitou vlastností paměťových čipů Hynix je jejich pin-to-pin kompatibilita bez ohledu na kapacitu. Díky tomu je velmi snadné zlepšit spotřebitelské vlastnosti konečného produktu. V tabulce 2 jsou uvedeny základní parametry všech flash čipů Hynix NAND.

Tabulka 2. Srovnávací seznam flashových čipů Hynix NAND

* - Teplotní rozsahy
C- Rozsah provozních teplot 0...+70°C
E- Rozšířený rozsah provozních teplot -25...+85°C
já- Rozsah průmyslových provozních teplot -40...+85°C

Podrobněji lze vlastnosti paměťových čipů Hynix zvážit na příkladu krystalů řady HY27xx(08/16)1G1M. Obrázek 3 ukazuje vnitřní strukturu a přiřazení pinů těchto zařízení. Adresní linky jsou multiplexovány s datovými I/O linkami na 8 nebo 16bitové I/O sběrnici. Takové rozhraní snižuje počet použitých pinů a umožňuje přejít na čipy s vyšší kapacitou bez výměny obvodové desky. Každý blok lze naprogramovat a vymazat 100 000krát. ECC (Error Correction Code) se důrazně doporučuje k prodloužení životního cyklu NAND flash zařízení. Integrované obvody mají výstup pro čtení/zaneprázdnění s otevřeným sběrem, který lze použít k identifikaci aktivity řadiče PER (Program/Erase/Read). Protože výstup je open-drain, je možné propojit několik takových výstupů z různých paměťových čipů dohromady přes jeden "pull-up" rezistor na kladnou svorku zdroje.

Obr.3 Vnitřní organizace flash čipů Hynix NAND

Pro optimální výkon s vadnými bloky je k dispozici příkaz "Copy Back". Pokud selže programování stránky, lze data pro tento příkaz zapsat na jinou stránku, aniž by bylo nutné je znovu odesílat.

Paměťové čipy Hynix jsou k dispozici v následujících balíčcích:

• 48-TSOP1 (12x20x1,2 mm) - obr.4;
• 48-WSOP1 (12x12x0,7 mm)
• 63-FBGA (8,5 x 15 x 1,2 mm, pole 6 x 8 kuliček, rozteč 0,8 mm)

Obr.4 Hynix NAND Flash

Paměťové pole NAND je organizováno do bloků, z nichž každý obsahuje 32 stránek. Pole je rozděleno na dvě oblasti: hlavní a náhradní (obr. 5). Hlavní oblast pole se používá k ukládání dat, zatímco náhradní oblast se obvykle používá k ukládání kódů opravy chyb (ECC), softwarových příznaků a identifikátorů špatných bloků (Bad Block) hlavní oblasti. V zařízeních x8 jsou stránky v hlavní oblasti rozděleny na dvě půlstránky, každá o velikosti 256 bajtů, plus 16 bajtů náhradní oblasti. Na zařízeních x16 jsou stránky rozděleny na hlavní oblast s 256 slovy a náhradní oblast s 8 slovy.

Obr.5 Organizace pole paměti NAND

Zařízení NAND flash se stránkami o velikosti 528 bajtů / 264 slov mohou obsahovat špatné bloky, které mohou obsahovat jednu nebo více neplatných buněk, u nichž není zaručena jejich spolehlivost. Kromě toho se během provozu produktu mohou objevit další nepoužitelné bloky. Informace o špatných blocích jsou zapsány do krystalu před odesláním. Práce s takovými bloky se provádí podle postupu, který je podrobně popsán v referenční příručce pro paměťové čipy Hynix.

Při práci s paměťovými čipy se provádějí tři hlavní úkony: čtení (obr. 6), zápis (obr. 7) a mazání (obr. 8).

Postup čtení dat

Obr.6 Schéma postupu čtení

Postupy pro čtení dat z paměti NAND mohou být tří typů: náhodné čtení, čtení stránky a sekvenční čtení řádků. Při náhodném čtení je k získání jedné části dat potřeba samostatný příkaz.

Stránka se přečte po otevření v režimu náhodné čtení, ve kterém se obsah stránky přenese do vyrovnávací paměti stránky. Informuje o dokončení převodu vysoká úroveň na výstup Read/Busy. Data lze číst postupně (od zvolené adresy sloupce do poslední sloupec) signálním impulsem na Read Enable (RE).

Režim sekvenčního čtení je aktivní, pokud zůstane vstup Chip Enable (CE) zachován nízká úroveň a vstup Read Enable přijímá impulsy po přečtení posledního sloupce stránky. V tomto případě Další strana se automaticky načte do vyrovnávací paměti stránky a operace čtení pokračuje. Operaci sekvenčního čtení řádku lze použít pouze v rámci bloku. Pokud se blok změní, musí být vydán nový příkaz čtení.

Postup záznamu dat

Obr.7 Napište schéma postupu

Standardní postup zápisu dat je stránkování. Hlavní oblast paměťového pole se programuje po stránkách, je však možné naprogramovat část stránky s požadovaným počtem bajtů (od 1 do 528) nebo slov (od 1 do 264). Maximální počet po sobě jdoucích záznamů částí téže stránky není více než jeden v hlavní oblasti a nejvýše dva v náhradní oblasti. Jakmile jsou tyto hodnoty překročeny, musí být před jakoukoli následnou programovací operací na této stránce vydán příkaz clear block. Každá programovací operace se skládá z pěti kroků:

1. K nastavení příkazu pro zápis stránky je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
2. K přenosu adresy jsou zapotřebí čtyři cykly sběrnice.
3. Vydávání dat na sběrnici (až 528 bajtů / 264 slov) a načítání do vyrovnávací paměti stránky.
4. K vydání potvrzovacího příkazu ke spuštění ovladače PER je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
5. Provedení řadiče PER zapisující data do pole.

Postup vymazání bloku

Obr.8 Schéma postupu mazání

Operace mazání se provádí najednou na jednom bloku. V důsledku jeho činnosti jsou všechny bity ve specifikovaném bloku nastaveny na "1". Všechna předchozí data jsou ztracena. Operace mazání se skládá ze tří kroků (obr. 8):

1. K nastavení příkazu vymazání bloku je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.
2. K nastavení adresy bloku jsou potřeba pouze tři cykly sběrnice. První cyklus (A0-A7) není vyžadován, protože platné jsou pouze adresy A14 až A26 (vyšší adresy), A9-A13 jsou ignorovány.
3. K vydání potvrzovacího příkazu ke spuštění ovladače PER je zapotřebí jeden cyklus sběrnice.

Paměťové čipy NAND vyrábí kromě Hynixu i několik dalších výrobců, z nichž Samsung má velmi široký sortiment a objem prodeje produktů. Vyrábí dvě základní řady paměťových čipů NAND Flash a One NAND™. Rodina paměťových modulů One NAND™ je tvořena jedinou matricí standardní rozhraní NOR flash na bázi NAND flash cell array.

Sortiment produktů vyráběných společností Samsung je širší než sortiment Hynixu. Prezentovány jsou moduly s kapacitami od 4 Mbps do 8 Gbps, které pracují v komerčních a průmyslových teplotních rozsazích. K dispozici jsou 8bitové i 16bitové modifikace pro různé rozsahy napájecího napětí: 1,65 ... 1,95 V nebo 2,7 ... 3,6 V. Produkty vyráběné společností Samsung mají pokročilé možnosti hardwarové ochrany dat: ochrana proti zápisu pro BootRAM, ochrana flash pole režimu a ochrany proti náhodný vstup při zapínání a vypínání.

Jinak je design paměťových čipů Hynix a NAND Flash produktů Samsungu téměř totožný. V této situaci je pro spotřebitele preferovanou možností produkt výrobce, jehož tržní hodnota produktů je nejpřijatelnější.

Vysoký výkon při čtení sériových datových toků předurčuje široký rozsah použitelnosti NAND flash. Velmi oblíbeným a slibným trhem pro tento typ pamětí je trh s USB SSD. Tabulka 3 odráží možnosti aktuálně vyráběných NAND-flash čipů ve vztahu k této oblasti. Nejvýhodnější je navíc použití takové paměti v MP3 přehrávačích, digitální fotoaparáty, kapesní počítače a další podobná zařízení.

Tabulka 3. Výhody a nevýhody použití NAND flash v jednotkách SSD

NAND flash používá hradlo NOT AND a jako mnoho jiných typů paměti ukládá data do velkého pole buněk, kde každá buňka obsahuje jeden nebo více bitů dat.

Jakýkoli druh paměti může být ovlivněn vnitřními a vnějšími faktory, jako je opotřebení, fyzické poškození, chyby hardwaru a další. V takových případech riskujeme úplné rozdělení s našimi údaji. Co dělat v takových situacích? Nebojte se, k dispozici jsou programy pro obnovu dat, které obnoví data snadno a rychle, aniž byste museli kupovat další hardware nebo v extrémních případech začít znovu od začátku se ztracenými dokumenty. Podívejme se blíže na NAND flash paměti.

Pole NAND je obvykle rozděleno do mnoha bloků. Každý bajt v jednom z těchto bloků lze individuálně zapsat a naprogramovat, ale jeden blok představuje nejmenší vymazatelnou část pole. V takových blocích má každý bit binární hodnotu 1. Například monolitické 2 GB NAND flash zařízení se obvykle skládá z bloků 2048 bajtů (128 KB) a 64 pro každý blok. Každá stránka obsahuje 2112 bajtů a skládá se z 2048 bajtů dat a další zóny 64 bajtů. Náhradní oblast se běžně používá pro ECC, informace o opotřebení buněk a další softwarové funkce, i když je fyzicky stejná jako zbytek stránky. Zařízení NAND jsou nabízena s 8bitovým nebo 16bitovým rozhraním. Datový uzel je připojen k paměti NAND prostřednictvím obousměrné datové sběrnice 8 nebo 16 bitů. V 16bitovém režimu používají příkazy a adresy 8 bitů, zbývajících 8 bitů se používá během cyklů přenosu dat.

Typy NAND Flash

NAND flash paměti, jak jsme již uvedli, jsou k dispozici ve dvou typech: jednoúrovňové (SLC) a víceúrovňové (MLC). Jednoúrovňová flash paměť – SLC NAND (single level cell) se dobře hodí pro aplikace, které vyžadují vysokou a střední hustotu. Je to nejjednodušší a nejpohodlnější technologie k použití. Jak je popsáno výše, SLC NAND ukládá jeden bit dat do každé paměťové buňky. SLC NAND nabízí relativně vysoké rychlosti čtení a zápisu, dobrý výkon a opravné algoritmy jednoduché chyby. SLC NAND může být na bit dražší než jiné technologie NAND. Pokud aplikace vyžaduje vysokou rychlost čtení, například vysoce výkonná paměťová karta, některé hybridní pohony, Solid State Devices (SSD) nebo jiné embedded aplikace – SLC NAND může být jedinou vhodnou volbou.

Víceúrovňová flash paměť - MLC NAND (multilevel cell) je určena pro aplikace s vyšší hustotou a pomalým cyklem.

Na rozdíl od SLC NAND ukládají víceúrovňové buňky MLC NAND dva nebo více bitů na paměťovou buňku. Pro určení umístění každého bitu se použije napětí a proud. Zařízení SLC vyžadují pouze jednu úroveň napětí. Pokud je detekován proud, pak je hodnota bitu 1; pokud není detekován žádný proud, je bit označen jako 0. U zařízení MLC se k určení hodnot bitů používají tři různé úrovně napětí.

MLC NAND obvykle nabízí dvojnásobnou kapacitu než SLC NAND pro jedno zařízení a je také levnější. Protože SLC NAND je třikrát rychlejší než MLC NAND a nabízí více než 10krát vyšší výkon; ale pro mnoho aplikací nabízí MLC NAND správnou kombinaci ceny a výkonu. MLC NAND skutečně představuje téměř 80 % všech dodávek NAND flash pamětí. A MLC NAND flash dominuje výběru spotřebitelů ve třídě SSD, protože jeho výkon předčí magnetické pevné disky.

Životnost SSD závisí na počtu bajtů, které byly zapsány na NAND flash. Většina zařízení založených na MLC má jednoletou až tříletou záruku. Je však důležité přesně pochopit, jak bude zařízení používáno, protože disky SSD založené na MLC mohou mít kratší životnost, pokud se očekává vícenásobné přepsání disku. Na druhou stranu řešení založená na SLC vydrží déle než odhadované tři roky i při těžkých cyklech PE.

Historie NAND Flash

NAND Flash je energeticky nezávislá jednotka SSD, která způsobila revoluci v odvětví úložišť, které je nyní 26 let staré. Flash paměť vynalezl Dr. Fujio Masuoka ve společnosti Toshiba kolem roku 1980. Podle společnosti Toshiba název „blesk“ navrhl kolega Dr. Masuoka, pan Sho-ji Ariizumi, protože proces mazání mu připomínal blesk fotoaparátu.

Toshiba uvedla na trh NAND flash v roce 1987; od té doby se hodně změnilo. Trh NAND flash rychle rostl s osminásobkem prodeje DRAM (dynamická paměť s přímým přístupem). Paměť NAND se stala vysoce odolným úložným zařízením a volbou mnoha uživatelů. Taková paměť se dnes používá v různých paměťových kartách a USB discích, cloudová úložiště najdeme u mnoha uživatelů, a to jak v průmyslu a podnikání, tak v domácích zařízeních. Zařízení iPhone, iPod a iPad společnosti Apple, stejně jako telefony a tablety Android, také široce využívají paměť NAND flash. Od té doby si tato inovace prorazila cestu do nové éry, ve které mají spotřebitelé vždy přístup ke svým souborům: videím, hudbě, knihám a dokumentům, ať jste kdekoli.

Vysoce kvalitní NAND je naprogramován pro čtení informací v malých blocích nebo stránkách, zatímco NOR flash čte a zapisuje data po 1 bajtu. NOR flash je preferován pro zařízení, která ukládají a spouštějí kódy, obvykle malé množství.

Zavedení solid-state NAND flash paměti a úložných zařízení vedle konvenčních magnetických pevných disků poskytlo podnikům nové příležitosti k provozování jejich serverů a ukládání klíčových podnikových aplikací. Protože NAND flash nemá žádné pohyblivé části, dokáže zpracovávat a přesouvat data z jednoho místa na druhé mnohem rychleji díky vynikající rychlosti čtení a zápisu. Aplikace používané ve finančních službách, maloobchodní a cloudové webové služby často provozují servery vybavené NAND flash pamětí.

Flash paměť ukládá informace do řady paměťových buněk a tranzistorů s plovoucím hradlem. V zařízeních SLC (Single Level Cell) je v každé buňce uložen pouze jeden bit informace. Některé novější typy pamětí flash, známé jako zařízení s víceúrovňovými buňkami (MLC), mohou uložit více než jeden bit na buňku a vybrat si mezi více úrovněmi elektrický náboj aplikovat na tranzistor s plovoucím hradlem a jeho články.

Klíčová fakta o NAND Flash

Vývoj typů flash pamětí je působivý. StorageNewsletter.com, respektovaný a uznávaný zdroj deníku elektronické zprávy pro průmysl je sledování vývoje NAND flash pamětí docela dost dlouho a má celý archiv dat o existenci této technologie.

Flash čipy: Nárůst objemu a nižší cena flash pamětí a SSD přímo souvisí s výrobním procesem NAND flash paměťových čipů. SanDisk a Toshiba nyní nabízejí 128 GB MLC linku a 3bitový čip. Mezi hlavní světové výrobce flash pamětí patří společnosti jako: Intel, Samsung, Seagate, Nvidia, LSI, Micron a Western Digital.

Flash klíče (nebo flash disky): První USB flash disky byly vyvinuty na konci 90. let společností M-Systems, kterou později koupila společnost SanDisk. V roce 2001 začala IBM v USA vyrábět 8 MB verzi paměti nazvanou „paměť klíče“. Nyní množství takové paměti dosahuje 128 GB a ceny byly výrazně sníženy.

Stejná společnost, M-Systems, se stala prvním výrobcem SSD v roce 1995. Od roku 1999 SN.com zaznamenal 590 různých modelů, které uvedlo na trh 97 společností. Společnost BiTMICRO Networks v roce 1999 mimo jiné uvedla na trh 3,5palcový model E-Disk SNX35 s kapacitami od 128 MB do 10 GB, přístupovou dobou 500 ms a rychlostí čtení a zápisu 4 MB/s pomocí rozhraní SCSI-2. Následující rok M-Systems vyrobil 3 GB FFD SCSI, 2,5palcový SSD s maximální rychlostí čtení 4 MB/s a rychlostí zápisu 3 MB/s.

Dnes si můžete pořídit 16TB paměť (PCIe SSD od OCZ) s rychlostí čtení až 4GB/s a zápisu až 3,8GB/s. OCZ také v roce 2012 oznámila nejrychlejší časy zápisu a čtení 0,04 ms pro čtení a 0,02 ms pro zápis.

Často se můžeme dostat do situace, kdy dochází k mazání nebo poškození dat kvůli různým chybám, a to jak v systému, tak lidské chyby. Můžete se naučit, jak obnovit data z paměťové karty.

Kritéria pro výběr zařízení s NAND flash

Takže pokud jde o výběr zařízení (na příkladu SSD) s technologií NAND flash, je třeba zvážit několik kritérií výběru:

Ujistěte se, že zařízení SSD, operační systém a souborový systém podporují TRIM, zejména pokud karta používá řadič pevného disku, což ztěžuje shromažďování „odpadků“, nepotřebných dat:

- zjistěte, zda váš operační systém podporuje trim, lze nalézt v jakémkoli zdroji informací; - existují aplikace, které přispívají k přidání technologie trim pro váš operační systém, pokud není podporována. Nejprve však zjistěte, zda to nepoškodí celkový výkon zařízení. SSD s pamětí NAND bude výbornou volbou, když potřebujete vysoký výkon, žádný šum, odolnost proti vnější faktory vliv nebo nízká spotřeba energie: - nekonzistentní čtení poskytne příležitost ke zvýšení výkonu ve srovnání s HDD; - dozvědět se o maximálním možném výkonu zařízení, aby nedošlo k překročení limitů; Pro nejlepší výkon a nepřetržitý provoz je SLC lepší než MLC: - SSD na bázi NAND je skvělé pro zrychlení serverů, ale pamatujte, že to bude také vyžadovat volné místo pro „odpad“ a/nebo oříznutí. - RAID systém s SSD poskytne vysoký výkon a stabilitu, ale používejte RAID řadiče speciálně navržené pro SSD, jinak se nahromadí tolik "smetí", které nezvládne ani trimovací nebo sběrný systém. SSD zařízení s větší výdrží samozřejmě vydrží déle: - Vyberte si například 100 GB zařízení místo 128 GB, 200 GB místo 256 GB a podobně. Pak budete jistě vědět, že 28 nebo 56 a tak dále gigabajtů paměti je možná vyhrazené místo pro výpočet opotřebení, reorganizaci souborů a vadné paměťové buňky. Pro použití v průmyslu, výrobě nebo kancelářích je lepší zvolit zařízení podnikové třídy, například zařízení PCI Express (PCIe) SSD:

PCIe karty se speciálně nakonfigurovaným SSD řadičem mohou poskytnout velmi vysoký výkon I/O data a dobrá výdrž.

Pro úspěšnou práci s mikroobvody NAND FLASH(nand flash) potřebujete alespoň:

Máte představu o struktuře NAND FLASH (nand flash), stávající metody a algoritmy pro použití informací uložených v takové paměti.

Mějte programátor, který správně podporuje práci s pamětí NAND Flash, tzn. umožňuje vybrat a implementovat potřebné parametry a algoritmy zpracování.

NAND FLASH programátor musí být velmi rychlý. Programování nebo čtení mikroobvodu o objemu několika Gbps na běžném programátoru trvá několik hodin. Je zřejmé, že pro víceméně pravidelné programování NAND Flash potřebujete specializovaný rychlý programátor uzpůsobený pro práci s ms. vysoká hustota. K dnešnímu dni je nejrychlejším programátorem Flash NAND ChipProg-481.

Programování NAND FLASH na programátorech ChipProg

Při práci s NAND Flash poskytuje programátor široké možnosti výběru/konfigurace metod a parametrů programování. Všechny parametry ovlivňující algoritmus práce programátoru s mikroobvodem jsou zobrazeny v okně "Editor parametrů mikroobvodu a programovacího algoritmu". V případě potřeby lze kterýkoli z těchto parametrů změnit tak, aby se zvolená akce (programování, porovnání, čtení, mazání) provedla podle algoritmu požadovaného uživatelem programátoru.

Okno "Editor parametrů mikroobvodu a programovacího algoritmu" v rozhraní programátoru při programování NAND Flash.

Velké množství přizpůsobitelných parametrů, které tvoří algoritmus práce NAND programátor Flash je diktován přáním poskytnout univerzální nástroj, který uživateli umožní plně realizovat všechny funkce, které jsou vlastní struktuře NAND Flash. Aby byl život jednodušší, nabízejí programátoři ChipProg-481 při výběru libovolného čipu NAND Flash následující možnosti:

• Všechny parametry mají hodnoty nastavené v předchozí programovací relaci (relaci) vybrané NAND Flash. (počet uložených relací je neomezený).
• Všechny parametry nabývají hodnot specifikovaných pro tento NAND Flash v rámci „projektu“ (počet „projektů“ je neomezený)
• Všechny parametry po spuštění "scriptu" automaticky naberou požadované hodnoty. "Skripty" jsou napsány v podobném jazyce zabudovaném do shellu programátoru C.
• Všechny (nebo selektivní) parametry přijímají výchozí hodnoty.
• Hodnoty všech parametrů jsou dostupné pro editaci v grafickém rozhraní programátoru.

Zvažte programovací režimy a parametry implementované v programátoru.

Režimy programování.

1. Neplatná správa bloků
   
2. Využití náhradní plochy
3. Hlídejte pevnou oblast
4. Tolerantní funkce ověření
5. Možnost indikace neplatného bloku

1. Zacházení se špatnými bloky.

Před programováním NAND Flash si můžete / musíte vybrat jeden ze způsobů práce se špatnými bloky.

2. Použití náhradního prostoru.

3. Hlídejte pevnou oblast

Režim použití speciální oblasti bez špatných bloků. Obvykle se takové oblasti používají jako bootloadery pro mikroprocesory. V této oblasti je použití špatných bloků nepřijatelné.
Tato možnost se používá ve spojení s parametry:

• Solid Area - Start Block - počáteční blok oblasti bez špatných bloků.
• - počet bloků v této oblasti.

Pokud je ve stanoveném rozsahu pevná plocha pokud je nalezen špatný blok, programátor ohlásí chybu.

4. Není citlivý na chyby ve srovnání.

Tato volba umožňuje zapnout režim necitlivosti na chyby porovnání.
Obvykle má smysl použít tuto možnost, pokud zařízení uživatele používá algoritmy řízení a opravy chyb (ECC). V těchto případech je pro určitou velikost datového pole povolen určitý počet chyb. Tyto parametry jsou uvedeny v parametrech programovacího algoritmu NAND Flash:

• Velikost rámce ECC (bajty) - velikost datového pole.
• Přijatelný počet chyb - přípustný počet jednobitových chyb.

5. Možnost indikace neplatného bloku.

Tato možnost vybere informace, které se použijí jako značka špatného bloku. Lze vybrat buď 00h nebo 0F0h.

• Indikační hodnota IB~ 00 nebo F0

Možnosti programování.

1. uživatelská oblast
2. pevná plocha
3. Oblast RBA
4. Velikost rámu ECC
5. Přijatelný počet chyb

A.Uživatelská oblast.

Uživatelská oblast je oblast čipu, se kterou pracují procedury Program, Read a Compare.
Procedury Vymazání a Čistota fungují s celým čipovým polem.

Uživatel musí nastavit parametry:

• Uživatelská oblast – Start Block - počáteční blok uživatelské oblasti.
• Uživatelská oblast - Počet bloků - počet bloků v uživatelské oblasti.

b. Oblast bez chyb.

Parametry režimu Guard Solid Area.

• Solid Area - Start Block - počáteční blok oblasti bez špatných bloků.
• Solid Area - Počet bloků - počet bloků v této oblasti.

C. Oblast umístění RBA.

• Oblast RBA – Start Block - počáteční blok tabulky RBA.
• Oblast RBA - Počet bloků - počet bloků v tabulce RBA.

d.Velikost rámu ECC .

• Velikost rámu ECC- parametr, který určuje velikost datového pole, ve kterém jsou povoleny jednobitové chyby.

E. Přípustný počet chyb.

• Přijatelný počet chyb - parametr definuje počet jednobitových chyb povolených v poli, jehož velikost je určena parametrem ECC Frame size.

Špatná bloková mapa

Špatná mapa bloků je vytvořena v podvrstvě Invalid Block Map. Bloková mapa je reprezentována jako souvislé pole bitů. Dobré bloky jsou reprezentovány 0, špatné bloky 1.

Například hodnota 02h na adrese nula znamená, že 0,2,3,4,5,6,7 bloků je dobrých, 1. blok je špatný. Hodnota 01h na první adrese znamená, že pouze 8. blok je špatný ze skupiny bloků 8..15.

Zkopírujte NAND Flash

Jako ilustraci důležitosti „prozíravé“ volby režimů a parametrů při programování NAND Flash v programátoru si vezměme situaci, ve které mají někteří programátoři problémy. Nejčastěji se jedná o náhradu NAND Flash v „zařízení“, které přestalo fungovat. Standardní přístup je podobný výměně konvenčního paměťového čipu:

1. Získejte firmware funkčního mikroobvodu. K tomu se zpravidla čte obsah původního čipu.
2. Flash nový podobný čip.
3. Porovnejte obsah naprogramované ms. s originálním firmwarem. Pokud srovnání prošlo, mikroobvod je připraven na kopii.

V případě, že je potřeba programovat NAND Flash, není vše tak jednoduché a jednoznačné.

1. Firmware Nand Flash, získaný načtením programátoru z „originálu“ – výrazně závisí na režimech a parametrech nastavených v programátoru.
2. Pro správné naprogramování nového NAND Flash a získání kompletní kopie je nutné v programátoru před programováním nastavit režimy a parametry odpovídající „původnímu“ firmware. V tomto případě je nutné počítat s možností existence špatných bloků.

Chcete-li získat kopírovací čip, ve kterém je firmware NAND Flash shodný se vzorkem, musíte postupovat následovně.

Příprava na kopírování.

Pro kopírování je nutný originální čip a kopírovací čip (ms. do kterého má být zapsán původní obrázek). Povinné požadavky:

1. Oba čipy NAND Flash a originál a kopie musí být stejného typu.
2. Kopírovací čip nesmí mít špatné bloky.

Chcete-li zjistit, zda má kopírovací čip špatné bloky, musíte čip nainstalovat do programátoru a v okně "Editor parametrů čipu" nastavit výchozí parametry čipu - tlačítko "Vše výchozí".

Spustí se procedura kontroly výmazu (pro úsporu času můžete tuto proceduru okamžitě zrušit, čtení špatné mapy bloků se provádí na samém začátku). V okně "Programování" rozhraní programátoru se v poli "Informace o operacích" objeví informace o špatných blocích.

Kopírovat.

Před zkopírováním čipu NAND Flash v programátoru je třeba v okně "Editor parametrů čipu" provést následující nastavení parametrů:

Ukázka NAND Flash je nainstalována v programátoru a načtena. Poté se do programátoru nainstaluje kopírovací čip, který se vymaže, zaznamená a porovná. Pokud jsou všechny tři postupy úspěšně dokončeny, naprogramovaný NAND Flash se ukáže jako úplná kopie originálu.

Struktura paměti NAND Flash.

Paměť NAND Flash * je rozdělena do bloků (Block) paměti, které jsou zase rozděleny na stránky (Page). Stránky jsou velké (velká stránka) a malé (malá stránka). Velikost stránky závisí na celkové velikosti čipu. Malá stránka je obvykle charakterizována čipy v rozsahu od 128Kbps do 512Kbps. Mikroobvody s velká velikost stránky mají velikost od 256 Kbps do 32 Gbps a vyšší. Malá velikost stránky je 512 bajtů pro čipy s byte organizací a 256 slov pro čipy se slovní organizací datové sběrnice. Velká stránka má velikost 2048 bajtů pro bajtové čipy a 1024 pro wordové. V Nedávno existují čipy s ještě většími velikostmi stránek. Pro bajtové čipy je to již 4096 bajtů.

Paměťová struktura mikroobvodů NAND Flash s malou velikostí stránky od STMicroelectronics.

Paměťová struktura čipů STMicroelectronics s velkou velikostí stránky.

Špatné bloky NAND Flash

Charakteristickým rysem čipů NAND Flash je přítomnost špatných (vadných) bloků (Bad block) jak v nových čipech, tak vzhled takových bloků během provozu. Pro označení špatných bloků a také pro uložení dalších servisních informací nebo opravných kódů poskytuje architektura NAND Flash kromě každé stránky datové paměti další náhradní oblast. U malých stránkových čipů je tato oblast 16 bajtů / 8 slov. U velkých stranových čipů 64 bajtů / 32 slov.

Výrobce čipu obvykle zaručuje, že počet špatných bloků nepřekročí určitou velikost. Špatné informace o bloku poskytuje výrobce čipu na konkrétním místě v náhradní oblasti.

Označení špatných bloků v čipech NAND Flash se obvykle provádí zápisem hodnoty 0 na určitou adresu do rezervní oblasti nulové stránky špatného bloku. Špatné značky bloků leží na konkrétních adresách v náhradní oblasti.

Mějte na paměti, že špatné značky bloků jsou umístěny v běžných paměťových buňkách Spare Area Flash, které se vymažou, když je vymazán celý paměťový blok. Pro uložení informací o špatných blocích před vymazáním je proto nutné tyto informace uložit a po vymazání je obnovit.
V programátorech ChipProg při instalaci doplňku InvalidBlockManagement na jinou hodnotu než Nepoužívat ukládání a obnovování informací o špatných blocích probíhá automaticky.

Existují tři nejběžnější způsoby, jak zvládnout špatné bloky:

1. Přeskočit špatné bloky(Přeskakování špatných bloků . )
2. vyhrazená bloková plocha(Blokovat rezervaci)
3. Kontrola a oprava chyb(Monitorování a oprava chyb . )

1. Přeskočte špatné bloky.

Algoritmus pro přeskakování špatných bloků spočívá v tom, že při zápisu do mikroobvodu analyzuje, do kterého bloku se zapisuje. Pokud existuje špatný blok, blok se nezapíše, špatný blok se vynechá a blok se zapíše do dalšího bloku za špatným blokem.

2. Bloková rezervace.

Při této metodě je paměť celého mikročipu rozdělena do tří oblastí: User Block Area (UBA) - uživatelská oblast, Block Reservoir - rezervní oblast bezprostředně navazující na uživatelskou oblast a tabulka shody špatných bloků s dobrými (Reserved Oblast bloku - RBA).

Algoritmus pro nahrazení špatných bloků v této metodě je následující: když je detekován špatný blok z oblasti UBA, blok se přenese do oblasti Block Reservoir a v tabulce RBA se provede odpovídající záznam nahrazení bloku.

Formát tabulky RBA: