Как сделать полукруглый балкон своими руками

Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками
Как сделать полукруглый балкон своими руками
Как сделать полукруглый балкон своими руками
Как сделать полукруглый балкон своими руками

Когда-то в детстве у меня была книжка со сказкой Сергея Михалкова про жадного Вартана, который из одной овечьей шкуры выторговал себе 7 шапок. В индустрии флэш-памяти события развиваются словно по мотивам этой притчи.

С момента публикации статьи Как не заблудиться в SLC, MLC и TLC при выборе SSD прошло почти два года. Некоторые разделы не потеряли актуальности, но с тех пор технологи NAND шагнули вперед. И если быстродействие дисков устраивает пользователей, то ограниченный ресурс все еще продолжает волновать их умы. С одной стороны, мифы так просто не умирают, а с другой – в новых SSD ресурс флэш-памяти теоретически меньше, чем в старых.

План материалов

Эта запись открывает серию больших материалов о сроке службы современных SSD. Вообще, я сначала планировал две статьи, но получается четыре (надеюсь, вы не против :) План примерно такой:

  1. Как работает NAND, от чего зависит срок ее службы, почему он отличается у разных типов памяти, как с этим борются изготовители SSD (эта запись)
  2. Ситуация на рынке флэш-памяти, современные накопители с MLC 2D NAND, TLC 2D NAND и MLC & TLC 3D NAND
  3. Как интерпретировать атрибуты SMART для анализа объемов записи на диск и его срока жизни
  4. Какой объем данных записывается на диск в повседневной работе (анализ предоставленных вами данных)

Эти статью могут перемежаться записями другой тематики, да и еще не все дописано :) Поехали?

[+] Сегодня в программе

Шаги техпроцесса, или зачем уменьшают размер кристалла

В начале 2013 года в большинстве дисков ведущих изготовителей стояла память 25nm MLC (Intel/Micron) и 24nm MLC (Toshiba/SanDisk), но почти за два года картина сильно изменилась. В современных накопителях сейчас стандартом является уже флэш-память 20nm и 19nm. Причем у Toshiba/SanDisk сейчас в ходу уже второе поколение памяти 19nm, а Micron может похвастаться дисками с 16nm MLC NAND.

Все завязано на прибыль, как и в любом бизнесе. Стоимость полупроводников пропорциональна размеру кристалла. Уменьшение его габаритов по осям X и Y позволяет производителям получать из одной вафли больше кристаллов, что снижает их стоимость.

Как работает NANDЭтапы техпроцесса NAND. Слева направо кристаллы: 2 х 34nm, 1 х 25nm, 1 х 20nm.

Альтернативно, можно добавлять больше транзисторов на каждый кристалл, что повышает его плотность при том же размере, т.е. дает больше Gbit на вафлю. В отличие от узла техпроцесса, плотность в технических характеристиках редко указывают, но в специализированных обзорах ее можно найти.

Как работает NAND
Увеличить рисунок
Работники SK Hynix демонстрируют вафли флэш-памяти

Теоретически при сжатии кристалла расходы на производство снижаются (или увеличивается прибыль). Однако на практике каждый новый виток уменьшения литографии сокращает чистые доходы изготовителей по сравнению с предыдущим узлом техпроцесса. С одной стороны, возрастают расходы на исследования и производство памяти по новой технологии. С другой, остро встают вопросы целостности данных и срока жизни накопителя, потому что с уменьшением размера ячейки памяти становится все труднее бороться с законами физики.

Давайте немного залезем в технические подробности.

Как работает флэш-память

NAND хранит данные в массиве ячеек памяти, представляющих собой транзисторы с плавающим затвором. На картинке вы видите два затвора: управляющий (Control Gate) и плавающий (Floating Gate). Электроны перемещаются между управляющим затвором и каналом NAND (Channel) в направлении подачи напряжения.

Как работает NANDУпрощенная схема работы флэш-памяти

Для программирования ячейки напряжение подается на управляющий затвор, что притягивает электроны вверх. Создается электрическое поле, позволяющее электронам проникнуть сквозь барьер из оксида к плавающему затвору. Оксид выполняет роль изолятора, не позволяя электронам двигаться дальше сквозь плавающий затвор.

Для стирания ячейки напряжение подается с другой стороны – на канал. При этом управляющий затвор заземляется, чтобы направить электроны от плавающего затвора через оксид обратно к каналу.

Суть работы флэш-памяти в том, что сначала нужно избавиться от старых электронов (стереть), и только потом можно применять новые (запрограммировать). Это и есть цикл перезаписи.

Чтобы определить статус ячейки, на нее подают напряжение и смотрят на результат. И продолжают повышать напряжение, пока не добьются нужного, на что уходит время, которое влияет на скорость работы.

Почему количество циклов перезаписи NAND ограничено

Со временем электрическая активность изнашивает физическую структуру ячейки, уменьшая микроскопический слой оксида. Его толщина <10nm, т.е. как минимум в 3000 раз тоньше человеческого волоса!

Как работает NANDКристаллы Micron 16nm MLC NAND

Поскольку слой оксида истончается, электроны могут в нем застревать, накапливая отрицательный заряд, играющий против поданного напряжения. Как следствие, приходится подавать более высокое напряжение, прежде чем найдется правильное. Это, в свою очередь, делает оксид еще тоньше.

Между тем, толщина слоя оксида неизбежно снижается с уменьшением размера кристалла при переходе на меньшие узлы техпроцесса (например, 25 → 20 → 16nm), что только усугубляет проблему выносливости NAND.

Таким образом, срок жизни каждой ячейки ограничен, а измеряется он количеством циклов перезаписи (Program/Erase Cycles, P/E).

Однако выносливость NAND зависит не только от геометрии кристалла, но еще и от количества битов, хранящихся в ячейке.

Почему SLC, MLC и TLC отличаются по выносливости

Эти аббревиатуры просто указывают на количество битов в транзисторе. В одной ячейке SLC хранится 1 бит, MLC – 2 бита, а TLC – 3 бита, но базовый принцип работы у всех трех типов памяти одинаковый.

Сейчас станет понятно, почему я начал свой рассказ со сказки про жадного богача ;)

Представьте себе кристалл плотностью 16Gbit (гигабит) NAND, т.е. состоящий из примерно 16 млрд транзисторов. Из него получится 16Gbit SLC, поскольку в ячейке 1 бит. Но можно сделать 2 бита на ячейку и получить уже 32Gbit MLC. А если сделать в ячейке по 3 бита, выйдет аж 48Gbit TLC NAND!

Как работает NANDMicron TLC NAND

48 — неудобное число. Заметьте, что 16 и 32 представляют собой 24 и 25, но у двойки нет такой степени, чтобы получить число, кратное 3 [битам]. Поэтому TLC приходится подгонять под другие размеры из инженерных и маркетинговых соображений. Кристалл режут под 10.67Gbit, что при трех битах эквивалентно 32Gbit MLC NAND. Невелика беда, ведь по сравнению с MLC сэкономили 30% массива NAND!

И тут выясняется, что с шапками есть проблема – они очень маленькие!

Вы уже знаете, что программирование ячейки достигается изменением подаваемого на нее электрического напряжения. Я свел в таблицу типы памяти и допустимые состояния напряжений.

Тип NAND SLC MLC TLC Бит в ячейке 1 2 3 Число состояний 2 4 8 Состояния 0, 1 00, 01, 10, 11 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

SLC, с ее двумя состояниями, может выдерживать самые большие изменения в напряжении, прежде чем время стирания увеличится настолько, что контроллер отправит блок памяти в утиль по причине износа.

У TLC приходится делить такой же диапазон напряжения на восемь участков, поэтому у каждого состояния намного меньше свободы для маневра на повышение напряжения.

И это ключевой фактор, потому что всего несколько электронов могут определять разницу между запрограммированной и пустой ячейкой. Как следствие, этот тип памяти выдерживает самые маленькие изменения в напряжении.

Как работает NANDСостояния напряжения разных типов NAND

Отсюда и вытекает разница между выносливостью SLC, MLC и TLC. Наибольшее количество циклов перезаписи (P/E) у SLC, затем идет MLC, а хуже всего дела обстоят у TLC. Кроме того, чем больше состояний напряжения приходится определять, тем выше вероятность ошибок, поэтому роль современных контроллеров в их коррекции (ECC) возрастает, хотя с этой задачей они успешно справляются.

Как повышают выносливость MLC и TLC

Проблема срока службы NAND весьма актуальна для любой памяти, выполненной по техпроцессу 1хnm. Однако кристаллы продолжают сжимать. Означает ли это, что раньше трава была зеленее (SLC), а теперь изготовители NAND подсовывают нам третьесортное сено (TLC)? Как вы увидите ниже, столько милая сердцу зеленая трава незаметно растет прямо под окном.

Digital Signal Processing (DSP)

Это общее обозначение технологии, призванной снизить износ ячеек от подачи напряжения. Повторю, что в принципе контроллер играет в «угадайку» — подает напряжение → смотрит результат → повышает напряжение при необходимости.

С DSP контроллер отслеживает изменения вольтажа, чтобы сразу точно подавать напряжение для программирования или стирания ячейки

Это не решает всех проблем износа, но повышает срок жизни транзистора. Примером DSP может служить ARM/OR у Micron.

Кэш псевдо-SLC

Основная идея кэша в том, чтобы использовать часть массива NAND в качестве памяти SLC, что повышает производительность и выносливость накопителя. У каждого изготовителя памяти свой подход к решению задачи, но на первом плане слаженное взаимодействие контроллера и флэш-памяти. Поэтому изготовители NAND, обладающие своими чипами или прошивками для Marvel, задают тон рынку своими дисками.

Samsung TurboWrite

Технология впервые увидела свет в накопителе 840 EVO (19nm TLC NAND). Samsung выделяет небольшую часть каждого кристалла памяти в качестве буфера записи SLC. Записываемые данные сначала попадают в быстрый буфер TurboWrite, после чего пишутся в остальной массив TLC NAND.

Пока запись ведется в буфер, скорость последовательных трансферов сопоставима с MLC. Падение начинается при заполнении буфера, и нижняя часть каждого графика – это реальная скорость TLC NAND в накопителе, если бы не было кэша!

Как работает NAND
Увеличить рисунок
Время и скорость последовательной записи 128KB с TurboWrite (тест AnandTech)

У накопителей меньшей емкости выигрыш в скорости от TurboWrite самый значительный, а на дисках большого размера падение не так сильно ощущается, в том числе и за счет более емкого буфера. Его размер зависит от резервной области, которая в свою очередь обусловлена объемом SSD – в дисках 120 и 250GB буфер составляет 3GB, а в терабайтном диске – 12GB.

Инженеры Samsung подбирали размер буфера, анализируя нагрузку на диск у «обычных пользователей». Как выяснилось, они в среднем пишут 1.17GB в час, причем у 90% фокус-группы записывалось менее 3GB в час.

На сброс данных из буфера в диске 250GB уходит всего 18.5 секунд, после чего он снова готов доставлять максимальную производительность.

Выносливость SLC значительно выше TLC, поэтому постоянная запись в буфер не критична для срока службы накопителя. У операций случайной записи мультипликатор WA может даже снижаться, потому что трансфер из буфера в TLC NAND всегда последовательный.

Производительность же не страдает до тех пор, пока данные пишутся в достаточно емкий буфер. В типичных домашних нагрузках накопитель мало отличается от собратьев на MLC NAND.

SanDisk nCache 2.0

SanDisk применяет для продления срока службы TLC NAND свою технологию nCache 2.0 (до этого компания задействовала nCache 1.0 с той же целью в дисках с 19nm MLC NAND). Реализация примерно такая же, как и у Samsung TurboWrite. Все операции записи перехватываются в кэш псевдо-SLC, объем которого составляет 5GB на каждые 120GB емкости накопителя.

Как работает NANDСхема работы nCache 2.0

Картина nCache 2.0 будто писана с TurboWrite – фактический объем буфера составил около 8GB для накопителя 240GB. Как и у Samsung, в каждом кристалле памяти SanDisk фиксированное число блоков, работающих в режиме SLC. Поэтому трансфер из SLC в TLC выполняется прямо в кристалле, т.е. быстрее, чем посредством интерфейса NAND и DRAM.

Как работает NAND
Увеличить рисунок
Скорость последовательной записи 128KB с nCache 2.0 (тест AnandTech)

Технология SanDisk реализована на особом кристалле, разработку и изготовление которого может позволить себе только производитель флэш-памяти. Конкурентное преимущество дорогого стоит, поэтому будущие накопители ОЕМ-сборщиков на TLC от SanDisk могут и не обладать такой возможностью.

Micron Dynamic Write Acceleration (DWA)

В сентябре 2014 года компания Micron выпустила накопитель M600 для изготовителей ПК с 16nm MLC NAND на борту. Динамическое ускорение записи работает в моделях объемом 128GB и 256GB, где преимущества технологии более ощутимы. В этом главное отличие M600 от очень похожего MX100 для конечных потребителей.

В отличие от конкурентов, использующих фиксированный набор блоков SLC, Micron изменяет тип памяти динамически (SLC → MLC) в зависимости от заполнения диска. Чем больше свободного места, тем больше памяти работает в режиме SLC.

Тест последовательной записи высвечивает три этапа – запись на максимальной скорости в SLC, затем на сниженной скорости в MLC, а самый медленный участок графика отражает перемещение данных из SLC в MLC одновременно с продолжающейся записью.

Как работает NAND
Увеличить рисунок
Скорость последовательной записи 128KB с DWA (тест AnandTech)

Это синтетический тест с непрерывной записью на весь объем диска, но на практике мы не пишем на SSD по 128GB подряд. Поэтому за счет динамического кэша какая-то часть памяти всегда будет работать в режиме SLC, чтобы обеспечить высокое быстродействие.

Однако мораль в том, что для максимальной производительности забивать такой диск под завязку не стоит.

Любопытно, что точно такой же тест описан в документации Micron, а его результат полностью совпадает с картиной независимой лаборатории. В этом документе инженер компании также рассматривает вопрос мультипликатора WA.

Поскольку данные сначала пишутся в SLC, а потом переносятся в MLC, при худших раскладах объем записи удваивается. Это происходит в том случае, если до переноса данные не подвергались перезаписи или TRIM. Чтобы компенсировать негативный эффект, Micron применяет TRIM более агрессивно, нежели в дисках без DWA.

DWA здорово повышает выносливость — для M600 компания гарантирует объем записи 100TB по сравнению с 72TB для MX100.

Интересно, что кристаллы для этих дисков получают из одной и той же вафли, но перед упаковкой для M600 подвергают еще какой-то обработке, чтобы реализовать DWA. Заметьте, что такие трюки доступны только изготовителям памяти, а ОЕМ-сборщикам SSD достается что попроще.

Резюме

Давайте подведем промежуточный итог на основе информации из этой статьи:

  • для сокращения расходов размер кристалла уменьшают по осям X и Y, а также увеличивают его плотность
  • программирование ячеек памяти достигается подачей напряжения, что постепенно изнашивает их
  • с уменьшением размера кристалла становится тоньше оксид, что негативно сказывается на сроке службы ячеек
  • истончение оксида вынуждает контроллер подавать более высокое напряжение, чтобы запрограммировать ячейку
  • типы памяти различаются по количеству битов в ячейке, и чем их больше, тем хуже выносливость и скорость
  • TLC наименее вынослива, потому что 8 состояний напряжения сокращают пространство для его повышения по мере износа ячеек
  • для повышения быстродействия и выносливости в дисках на TLC (и даже на MLC 1xnm) используется псевдо-кэш SLC

Так выглядит сводная таблица ключевых характеристик для типов флэш-памяти, рассмотренных в этой статье.

Тип NAND SLC MLC TLC

Производительность

★ ★ ★ ★ ★

★ ★ ★

★ ★

Выносливость

★ ★ ★ ★ ★

★ ★ ★

★ ★

Сложность коррекции ошибок

★ ★

★ ★ ★

★ ★ ★ ★

Стоимость

$$$$$

$$

$

Из нее хорошо видно, что основным мотивом движения индустрии флэш-памяти в сторону TLC является сокращение затрат на производство (без учета необходимых для этого инвестиций).

Согласно прогнозу Samsung, через три года 80% рынка будет составлять TLC NAND. Обратите внимание, что на диаграмме TLC обозначена как 3-bit MLC. Формально, так и есть, но все-таки просматривается маркетинговая хитрость. Я вернусь к этому моменту в следующей статье.

Как работает NANDГлобальные поставки NAND по типам памяти. Источник: Samsung, 2013 год.

Дискуссия и опрос

В следующей серии вас ждет рассказ о лидерах рынка флэш-памяти с примерами их ведущих накопителей. Больше не будет плавающих затворов и диапазонов напряжения :) Я понимаю, что сегодняшний материал очень сложный технически (тем более, это не моя специализация). Но знание принципов работы NAND позволяет понять:

  • что движет индустрией
  • как продлевают срок службы SSD
  • насколько они выносливы
  • за что мы платим деньги

Более простая статья уже была, да и остальные вы читали. Я счел, что изрядная часть постоянной аудитории осилит рассказ, и постарался сделать его интересным. Но сомнения гложут ;)

Напишите в комментариях:

  • беспокоит ли вас выносливость вашего текущего или планируемого к покупке SSD
  • насколько сложен такой материал для вас, какие моменты он помог прояснить, что стало откровением

Список литературы (будет общий на всю серию)

Результаты голосования утеряны в связи с прекращением работы веб-сервиса опросов.

Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками Как сделать полукруглый балкон своими руками

Похожие статьи:




Жаккардовые орнаменты спицами схемы и описание 6




Схема лонжерона заднего




Как правильно сделать тротуарную дорожку




Айфон как сделать громче при разговоре




Накидка на табурет крючком описание вязания