NAND-Flash-Speicher ist die Technologie zum Speichern von Daten in allen Flash-Speicherprodukten wie SSDs. Viele moderne NAND-Flash-Produkte werden als 3D-NAND-Flash oder V-NAND beworben. Diese Art von Speicher stapelt die Speicherzellen vertikal im Flash-Chip, aber was bedeutet das und warum ist es besser?
Tipp: 3D-NAND-Flash ist ein anderes Konzept als MLC, TLC und QLC. 3D-NAND bezieht sich auf die Struktur des physischen Stapelns von Speicherzellen vertikal und horizontal. MLC oder Multi-Level-Zelle, zusammen mit Triple- und Quad-Level-Zellen, beziehen sich auf die Anzahl von Datenbits, die eine einzelne Zelle speichern kann, was die Anzahl der unterschiedlichen Energieniveaus erhöht.
NAND-Flash ist eine Art Flash-Speicher, der auf dem logischen NAND-Gatter basiert. Ein NAND-Gatter ist nur dann falsch, wenn alle seine Eingänge wahr sind, wobei NAND für „Not AND“ steht.
Flash-Speicher ist nach einem relativ einfachen Prinzip aufgebaut. Es gibt zwei Stromkabel, eine Quelle und eine Ableitung. Dazwischen befinden sich ein Floating-Gate und ein Control-Gate, die alle auf einem Siliziumsubstrat angeordnet sind. NAND-Flash verbindet mehrere Zellen in Reihe hintereinander, folgt aber dem gleichen Prinzip. Um die NAND-Zelle auf eine binäre 1 zu setzen, wird ein elektrischer Strom an das schwebende Gate angelegt, wo er von der Siliziumoxid-Isolierung eingefangen wird. Um die Zelle zu entladen, wird weitere Änderung angewendet, bis sie einen Schwellenwert erreicht, bei dem sie zum Abfluss springen kann.
Eine NAND-Zelle wird gelesen, indem eine elektrische Ladung an das Steuergate angelegt wird. Das Vorhandensein einer elektrischen Ladung im Floating Gate erhöht den Spannungsbetrag, der an das Steuergate angelegt werden muss, um es leitend zu machen. Wenn nur eine geringe Spannung erforderlich ist, um Strom durch das Steuergate zu leiten, ist der Speicherwert 0, wird mehr Spannung benötigt, ist der Speicherwert 1.
In der Vergangenheit wurde die Kapazität von Flash-Speichern durch die Entwicklung neuer Methoden erhöht, um die Größe von Komponenten zu verkleinern und sie näher beieinander zu platzieren. Dies ermöglicht es Ihnen im Wesentlichen, Flash-Zellen näher zusammenzupacken. Leider gibt es eine Grenze, wie klein diese Speicherzellen gemacht werden können, bevor die zu ihrem Betrieb verwendete elektrische Ladung von einer Zelle zur anderen überspringen und das Ganze unbrauchbar machen kann.
Um dies zu umgehen, wurde die Form des Siliziumsubstrats, auf dem die Speicherzellen platziert sind, geändert. Indem das Substrat in zylindrische Formen gebracht wird, von denen jede mehrere Speicherzellen aufweisen kann, und dann diese Zylinder vertikal nebeneinander angeordnet werden, kann die Oberfläche für Speicherzellen massiv erhöht werden. Mit einer vergrößerten Oberfläche können mehr Speicherzellen im gleichen Volumen platziert werden, was eine deutlich erhöhte Speicherkapazität für einen NAND-Flash-Chip der gleichen Größe ermöglicht.
Warum ist 3D-NAND besser?
3D-NAND hat nicht nur eine höhere Speicherdichte, sondern die zur Erstellung der Struktur erforderliche Produktionsmethode ist sogar einfacher zu erstellen als beim traditionellen NAND-Layout. Dies bedeutet, dass 3D-NAND sowohl eine größere Kapazität als auch geringere Kosten hat.
Darüber hinaus ist der 3D-NAND-Speicher sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben doppelt so schnell wie herkömmlicher NAND-Flash. Außerdem hat es eine bis zu zehnmal längere Lebensdauer und verbraucht etwa die Hälfte Strom.
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