حافظه Nand چیست؟ کاربرد آن در ssd

حافظه NAND نوعی حافظه غیرفرار است که در دستگاه‌های الکترونیکی مانند دوربین‌های دیجیتال، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها به‌صورت گسترده استفاده می‌شود. این حافظه دارای ویژگی‌هایی مانند خواندن و نوشتن سریع و ظرفیت ذخیره‌سازی زیاد است. در این مطلب، توضیح می‌دهیم که حافظه NAND چیست و شما را با هر آنچه باید درباره این نوع حافظه بدانید، مانند کاربردها، نحوه عملکرد، انواع و چالش‌های آن آشنا می‌کنیم.

حافظه NAND چیست

NOR و NAND از انواع حافظه فلش محسوب می‌شوند. یک حافظه فلش از FGMOS یا FGMOSFET (ترانزیستورهای اثر میدان فلز اکسید با گیت شناور) ساخته شده است. هر FGMOS قطعه‌ای الکترونیکی است که می‌تواند ۰ یا ۱ را ذخیره کند؛ بنابراین، این ترانزیستورها با نام سلول شناخته می‌شوند. در حافظه غیرفرار NAND، این سلول‌ها به‌صورت سری چیده شده‌اند. منظور از غیرفرار این است که این حافظه می‌تواند اطلاعات درون خود را حتی زمانی که به منبع تغذیه متصل نیست، حفظ کند.

کاربردهای فلش NAND

برای پاسخ به سؤال «کاربرد حافظه NAND چیست»، می‌توانیم بگوییم که این حافظه در رایانه‌ها، حافظه اس اس دی، گوشی‌های هوشمند، تلویزیون‌های دیجیتال، تبلت‌ها، درایوهای فلش USB و دستگاه‌های الکترونیکی دیگر استفاده می‌شود. این حافظه به جریان مستقیم نیاز ندارد؛ ولی از نیمه‌رساناهایی از جنس اکسید فلز تشکیل شده است که بار را برای حافظه فراهم می‌کنند.

نحوه عملکرد فلش NAND

فلش NAND دارای میلیون‌ها سلول حافظه تله بار است که با استفاده از تکنولوژی نانومتر ساخته شده‌اند. هر سلول حافظه فلش تله بار (CFT) دارای سه بخش به نام‌های گیت، کانال و تله بار است. همه این بخش‌ها با استفاده از ماده‌ای دی‌الکتریک از یکدیگر جدا شده‌اند. بخش تله بار می‌تواند الکترون‌های ذخیره‌شده را درون خود ذخیره یا آزاد کند؛ بنابراین، با نام تله بار شناخته می‌شود. اگر هیچ الکترونی به تله نیفتاده باشد، سلول عدد ۱ و در غیر این صورت، عدد ۰ را نشان می‌دهد.

CFT مدرن می‌تواند مقادیر بیشتری را در مقایسه با انواع قدیمی ذخیره کند. این امر با ذخیره سطوح مختلف بار در بخش تله بار انجام می‌شود؛ برای مثال، برای نشان‌دادن ۸ مقدار مختلف به ۸ بار یا ولتاژ نیاز داریم.

انواع حافظه NAND

برای پاسخ به سؤال «انواع حافظه NAND چیست»، می‌توانیم به ۶ نوع زیر اشاره کنیم:

• SLC: SLC مخفف Single level cell است. در این نوع قدیمی، هر سلول می‌تواند نشان‌دهنده تنها یک بیت (۰ یا ۱) باشد
• MLC: نوع Multi Level Cell می‌تواند نشان‌دهنده ۲ بیت باشد. این نوع دوام کمتری نسبت به SLC دارد
• TLC: TLC مخفف Triple level cell است. همان‌طور که از اسمش پیداست، هر سلول این نوع ۳ بیت ذخیره می‌کند؛ بنابراین، می‌تواند داده‌های بیشتری در همان فضای فیزیکی ذخیره کند
• QLC: نوع Quad level cell می‌تواند نشان‌دهنده حداکثر ۴ بیت باشد. خوب است بدانید که کلمه کواد به معنی چهار است
• حافظه NAND دوبعدی: در این نوع حافظه NAND، سلول‌های ذخیره‌سازی به‌صورت افقی چیده شده‌اند و ماتریسی دوبعدی را ساخته‌اند. این نوع حافظه و ماژول ذخیره‌سازی به‌صورت انبوه تولید نمی‌شوند؛ زیرا سلول‌های افقی به فضای فیزیکی بیشتری نیاز دارند و به‌تبع آن، باعث افزایش اندازه تراشه می‌شوند. خوب است بدانید که این نوع حافظه NAND از حافظه NAND سه‌بعدی ارزان‌تر است و ۵۰% کمتر از آن برق مصرف می‌کند؛ ولی تأخیر زمانی بالایی دارد
• حافظه NAND سه‌بعدی: در این نوع حافظه NAND، سلول‌های حافظه به‌صورت عمودی در ماتریسی سه‌بعدی ساخته می‌شوند؛ بنابراین، در فضا صرفه‌جویی می‌شود و می‌توان تراشه کوچک‌تری با ظرفیت حافظه بیشتری ساخت. همان‌طور که اشاره کردیم، حافظه NAND سه‌بعدی از نوع دوبعدی گران‌تر است؛ زیرا ساخت آن بسیار پیچیده‌تر و هزینه‌برتر از نوع دوبعدی است و تنها یک اشتباه می‌تواند کل تراشه حافظه را غیرقابل‌استفاده کند.

فرسودگی فلش NAND

زمانی که سلول‌ها خراب شوند و عملکرد کلی کاهش یابد، گفته می‌شود که حافظه NAND دچار فرسودگی شده است. زمانی که NAND خراب شود، داده‌ها از بین می‌روند. شما نمی‌توانید از فرسودگی این حافظه فلش جلوگیری کنید. ترازبندی پیشرفته فرسودگی، کنارگذاشتن بخشی از ظرفیت ذخیره‌سازی (Overprovisioning) و الگوهای سفت‌افزار می‌توانند به افزایش دوام حافظه کمک کنند؛ ولی بهترین روش پیشگیری از فرسودگی، درک نحوه مصرف داده کاربر و محدودیت‌های هر یک از انواع NAND است.

فلش مموری NAND در SSD

درایوهای حالت جامد یا اس اس دی در سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند. آن‌ها در مقایسه با درایوهای هارد دیسک (HDD) سریع‌تر و کوچک‌تر هستند، انرژی کمتری مصرف می‌کنند، بخش محرکی ندارند و قیمت آن‌ها در حال کاهش است؛ بنابراین، گزینه مناسبی برای طیف وسیعی از کاربردها هستند. تراشه‌های NAND نقش قلب را در SSD ایفا می‌کنند. آن‌ها وظیفه اصلی درایو یعنی ذخیره‌سازی داده‌ها را انجام می‌دهند. البته هارد SSD قطعات مهم دیگری نیز دارد که برای تسهیل عملیات خواندن، نوشتن و پاک‌کردن با یکدیگر همکاری می‌کنند.

مطالعه بیشتر: ssd چیست و چه انواعی دارد؟

تفاوت NOR و NAND چیست

فلش NOR اجازه دسترسی مستقیم به هر مکانی از حافظه را به کاربر می‌دهد؛ ولی NAND داده‌ها را در بلوک‌ها ذخیره می‌کند. مقایسه این دو حافظه فلش مشابه مقایسه خواندن صفحه‌به‌صفحه کتاب (NAND) با بازکردن فوری صفحه مورد نظر (NOR) است. تفاوت‌های کلیدی بین حافظه فلش NOR و NAND عبارت‌اند از:

• سرعت: NOR داده‌ها را با سرعت بیشتری در مقایسه با NAND می‌خواند؛ ولی کندتر می‌نویسد
• ظرفیت: NAND معمولا ظرفیت ذخیره‌سازی بسیار بیشتری دارد
• هزینه: NAND به‌ازای هر گیگابایت ارزان‌تر از NOR است
• قابلیت اطمینان: نگهداری داده در NOR معمولا از نوع دیگر بهتر است
• فضا: NAND به فضای فیزیکی کمتری در مقایسه با نوع دیگر نیاز دارد؛ ولی ظرفیت ذخیره‌سازی مشابهی ارائه می‌دهد
• کاربرد: برای ذخیره‌سازی کدی که نیاز به اجرای مستقیم دارد، NOR گزینه مناسب‌تری محسوب می‌شود؛ ولی برای ذخیره‌سازی داده‌ها، NAND گزینه بهتری است
• طول عمر: NOR معمولا می‌تواند چرخه‌های نوشتن/پاک‌کردن بیشتری را انجام دهد

چالش های فلش NAND چیست

زمانی که یک بیت نوشته یا پاک شود، گفته می‌شود یک چرخه نوشتن/پاک‌کردن انجام شده است. NAND چرخه‌های نوشتن/پاک‌کردن محدودی در یک بلوک خاص دارد؛ بنابراین، فرسودگی آن غیرقابل‌اجتناب است. روزی که دستگاه به دست کاربر می‌رسد، NAND بهترین عملکرد را دارد.

تفاوت NAND و V-NAND چیست

V-NAND همان حافظه NAND سه‌بعدی است. در این نوع حافظه که جدیدترین تکنولوژی در دنیای حافظه فلش است، صفحات سلول‌های NAND به‌صورت عمودی (Vertically) روی‌هم چیده شده‌اند. به علت تغییر در چیدمان عمودی سلول‌ها، این نوع حافظه ظرفیت بهتری دارد، ارزان‌تر است، برق کمتری مصرف می‌کند، سرعت بیشتری دارد و دارای طول عمر بیشتری است.

سخن پایانی

در این مطلب، تلاش کردیم به ساده‌ترین شکل ممکن به سؤال «حافظه NAND چیست» پاسخ دهیم، به انواع آن بپردازیم و آن را با حافظه فلش NOR مقایسه کنیم. در پایان، بهتر است به این نکته اشاره کنیم که اگر به دنبال خرید SSD برندهای معتبر هستید، خوب است بدانید که سایت اوریکو یکی از فروشندگان برتر در این زمینه است. کارشناسان سایت اوریکو می‌توانند به شما کمک کنند بهترین محصولات را با توجه به نیازهای خود یا شرکتتان خریداری کنید.

سؤالات متداول

• چه تفاوتی بین NANDو حافظه معمولی وجود دارد؟

حافظه فلش حتی زمانی که به برق متصل نیست، داده‌های شما را حفظ می‌کند؛ ولی، حافظه معمولی رایانه (RAM) به‌محض قطع‌شدن برق، همه داده‌ها را از دست می‌دهد. حافظه فلش سرعت کمتری در مقایسه با RAM دارد؛ ولی به‌ازای هر گیگابایت ارزان‌تر است. از حافظه فلش برای ذخیره‌سازی بلندمدت فایل‌ها و اسناد و از RAM برای اجرای برنامه‌ها و وظایف استفاده می‌شود. بیشتر دستگاه‌ها از هر دو نوع برای اهداف مختلف استفاده می‌کنند.

• انواع فلش NANDکدام اند؟

SLC، MLC، TLC، QLC، NAND دوبعدی و NAND سه‌بعدی، انواع مختلف حافظه NAND هستند. NAND سه‌بعدی با نام‌های V-NAND یا NAND عمودی نیز شناخته می‌شود.

• آیا USBیک فلش NANDاست؟

بله. تمام درایوهای فلش USB از تراشه‌های حافظه NAND برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌کنند؛ به همین دلیل، USB از HDD (درایو هارد دیسک) قدیمی با دیسک‌های چرخان و هدهای مغناطیسی سرعت بیشتری دارد.