V-NAND คืออะไร?

V-NAND ย่อมาจาก Vertical NAND และหมายถึงสถาปัตยกรรมแฟลชที่ใช้ในหน่วยความจำแฟลช เป็นแนวคิดที่ค่อนข้างใหม่ที่มีเฉพาะในการผลิตเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 2013 เมื่อ Samsung สร้างผลิตภัณฑ์แรกที่มีคุณลักษณะดังกล่าว

NAND แนวตั้งสามารถเรียกอีกอย่างว่า 3D NAND และนำเสนอชุดหน่วยความจำที่มีเซลล์เรียงซ้อนกันในแนวตั้ง ซึ่งช่วยให้ขนาดชิปเฉพาะมีความหนาแน่นบิตสูงกว่าที่ทำได้ สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับ 2D NAND ซึ่งเป็นเวอร์ชันดั้งเดิมที่เซลล์หน่วยความจำได้รับการจัดการในเมทริกซ์สองมิติ

ข้อดีของที่จัดเก็บ 3 มิติค่อนข้างตรงไปตรงมา – พื้นที่จัดเก็บที่มากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน เหมือนกับการที่อาคารสูงสามารถบรรจุพื้นที่สำนักงานได้มากกว่าอาคารชั้นเดียวบนพื้นที่ที่มีขนาดเท่ากัน นอกจากนี้ ด้วยชิปซิลิกอนที่บางมาก การซ้อนกันหลายชั้นจึงไม่สร้างปัญหาเรื่องความสูงเป็นพิเศษ

พื้นฐานของ V-NAND

นอกจากโครงสร้างและรูปทรง 3 มิติแล้ว V-NAND ก็ไม่ได้แตกต่างจาก NAND ทั่วไปมากนัก ที่แกนหลักคือลอจิกเกตที่ทำงานด้วยอินพุตสองตัว ( หรือมากกว่านั้น ) และเอาต์พุตหนึ่งตัว เกท NAND หลายอันถูกจัดเรียงในลักษณะเฉพาะเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ NAND ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในทศวรรษที่ 1980 และยังคงเป็นเซลล์หน่วยความจำแฟลชประเภทที่ได้รับความนิยมสูงสุดในตลาด คู่แข่งหลักคือประตู NOR ในขณะที่มีโครงสร้างคล้ายกัน เซลล์ NOR และ NAND ทำงานต่างกัน พวกเขาใช้ตรรกะที่แตกต่างกันเพื่อสร้างผลลัพธ์จากอินพุตที่ได้รับ เค้าโครงวงจรสำหรับแฟลช NOR มีข้อดีและข้อเสียบางประการ ซึ่งนำไปสู่กรณีการใช้งานอื่นๆ

อินพุตในเกท NAND จะอยู่ในรูปของ 0 หรือ 1 เสมอ และมีอย่างน้อย 2 เสมอ ในเชิงพาณิชย์ คุณอาจพบอินพุตมากถึง 8 อินพุตในเกทเดียว แต่สองเกทเป็นมาตรฐาน อินพุตทั้งสองนี้ได้รับการตรวจสอบกับตารางความจริงของเกต และเอาต์พุตจะถูกสร้างขึ้นตามข้อมูลเหล่านี้ ในกรณีของเกต NAND ผลลัพธ์ ( อีกครั้ง ไม่ว่าจะเป็น 0 หรือ 1 ) จะถูกกำหนดโดยจำนวนอินพุตที่เป็น 1

หากอินพุตทั้งหมดเป็น 1 ประตู NAND จะส่งกลับ 0 เป็นเอาต์พุต ถ้าอินพุตอย่างน้อยหนึ่งตัวเป็น 0 เอาต์พุตจะเป็น 1 ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นก็ตาม นี่คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับตรรกะ NOR ที่นั่น ถ้าอินพุตทั้งหมดเป็น 0 ประตูจะส่งกลับ 1 ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น ถ้าอินพุตใดเป็น 1 เอาต์พุตจะเป็น 0

ล้ำสมัย V-NAND

ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้อยู่ในรุ่นที่ 8 แล้ว ณ เดือนพฤศจิกายน 2565 แฟลช NAND แนวตั้งเวอร์ชันประสิทธิภาพสูงที่สุดคือ V-NAND สามระดับเซลล์ขนาด 1 เทราบิตของ Samsung มันมีความหนาแน่นของบิตสูงสุดและความจุสูงสุดของ V-NAND ใด ๆ ในปัจจุบัน ผลโดยตรงจากการใช้เซลล์หน่วยความจำแฟลชรุ่นใหม่ล่าสุดนี้ ระบบเซิร์ฟเวอร์รุ่นถัดไป ( การใช้งานหลัก ) จะสามารถเข้าถึงพื้นที่เก็บข้อมูลได้มากขึ้นโดยใช้พื้นที่ขนาดเล็กลง

การเพิ่มเลเยอร์เพิ่มเติมที่ด้านบนของเลเยอร์เดี่ยวที่พบใน 2D NAND จะเพิ่มความจุและประสิทธิภาพโดยธรรมชาติ สมมติว่าพื้นที่ที่กำหนดใน 2D NAND มีเซลล์หน่วยความจำหนึ่งร้อยเซลล์ ตัวอย่างเช่น V-NAND สามารถจัดเก็บสามร้อยชิ้นในพื้นที่เดียวกันโดยวางซ้อนกันสามชั้นซ้อนทับกัน อย่างไรก็ตาม V-NAND สมัยใหม่ใช้เลเยอร์หลายร้อยชั้น ซึ่งเพิ่มความจุในการจัดเก็บข้อมูลได้อย่างมาก แน่นอนว่ายังคงมีข้อจำกัดอยู่ แต่ 3D NAND ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นทางเลือกที่ทำงานได้แทนเวอร์ชัน 2D ที่เก่ากว่า ยกเว้นรุ่น Tb ที่กล่าวถึงข้างต้น ปัจจุบันชิป V-NAND ส่วนใหญ่ที่ใช้งานเชิงพาณิชย์มีทั้ง 256Gb หรือ 512Gb ตัวเทคโนโลยีเองก็ยังค่อนข้างใหม่อยู่ดี

บทสรุป

V-NAND เป็นเทคโนโลยีเฉพาะของหน่วยความจำแฟลช มันเกี่ยวข้องกับการซ้อนหน่วยความจำ NAND หลายตัวในแนวตั้งทับกันในแนวตั้ง โดยมีการเชื่อมต่อที่เหมาะสมระหว่างเลเยอร์ ช่วยให้ความจุของหน่วยความจำแฟลชเพิ่มขึ้นในขณะที่ยังคงรักษารอยเดิมไว้โดยไม่ต้องทำการปรับปรุงโหนดอย่างมาก การซ้อนดายทับกันจะเพิ่มความสูงของชิปแฟลช อย่างไรก็ตาม ดายแต่ละอันจะบางพอที่ความสูงโดยรวมจะถือว่าเล็กน้อย แม้ว่าจะมีหลายร้อยชั้นก็ตาม

ความหนาแน่นในการจัดเก็บที่เพิ่มขึ้นอย่างมากนี้เหมาะสำหรับความจุในการจัดเก็บ อย่างไรก็ตาม สำหรับไฮเปอร์สเกลาร์โดยเฉพาะ การเพิ่มความหนาแน่นให้ประโยชน์เฉพาะ การลดจำนวนชั้นวางเซิร์ฟเวอร์ที่จำเป็นในขณะที่เพิ่มความจุในการจัดเก็บข้อมูลช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวม ความได้เปรียบด้านความจุของ V-NAND ที่เหนือกว่าหน่วยความจำ NAND ปกติทำให้ NAND ถูกแทนที่ทั้งหมด