NAND-flashgeheugen is de technologie die wordt gebruikt om gegevens op te slaan in alle flash-geheugenproducten, zoals SSD's. Veel moderne NAND-flashproducten worden geadverteerd als 3D NAND-flash of V-NAND. Dit type geheugen stapelt de geheugencellen verticaal in de flashchip, maar wat betekent dat en waarom is het beter?
Tip: 3D NAND-flitser is een ander concept dan MLC, TLC en QLC. 3D NAND verwijst naar de structuur van het fysiek verticaal en horizontaal stapelen van geheugencellen. MLC, of Multi-Level-cel, verwijzen samen met Triple- en Quad-Level-cellen naar het aantal gegevensbits dat een enkele cel kan opslaan, waardoor het aantal verschillende energieniveaus toeneemt.
Wat is NAND-flash?
NAND-flash is een type flash-geheugen gebaseerd op de logische NAND-poort. Een NAND-poort is alleen onwaar, als alle invoer waar is, waarbij NAND staat voor "Niet EN".
Flash-geheugen is gebouwd op een relatief eenvoudig principe. Er zijn twee stroomkabels, een bron en een afvoer. Daartussen bevindt zich een zwevende poort en een controlepoort, allemaal geplaatst op een substraat van silicium. NAND flash verbindt een aantal cellen achter elkaar in serie, maar volgt hetzelfde principe. Om de NAND-cel in te stellen op een binaire 1, wordt een elektrische stroom toegevoerd aan de zwevende poort waar deze wordt opgesloten door de siliciumoxide-isolatie. Om de cel te ontladen, wordt meer verandering toegepast, totdat deze een drempel bereikt waar deze naar de afvoer kan springen.
Een NAND-cel wordt gelezen door een elektrische lading op de stuurpoort aan te brengen. De aanwezigheid van een elektrische lading in de zwevende poort verhoogt de hoeveelheid spanning die op de stuurpoort moet worden aangelegd om deze te laten geleiden. Als er maar een kleine hoeveelheid spanning nodig is om elektriciteit door de stuurpoort te geleiden, dan is de geheugenwaarde 0, als er meer spanning nodig is, is de geheugenwaarde 1.
Geheugencapaciteit vergroten
Historisch gezien is de capaciteit van flash-geheugen vergroot door nieuwe manieren te ontwikkelen om componenten te verkleinen en dichter bij elkaar te plaatsen. Dit stelt u in wezen in staat om flitscellen dichter bij elkaar te plaatsen. Helaas is er een grens aan hoe klein deze geheugencellen kunnen worden gemaakt voordat de elektrische lading die wordt gebruikt om ze te bedienen, kan van de ene cel naar de andere springen en het hele ding weergeven nutteloos.
Om dit te omzeilen is de vorm van het siliciumsubstraat waarop de geheugencellen zijn geplaatst veranderd. Door het substraat in cilindrische vormen te maken, die elk meerdere geheugencellen kunnen hebben, en dan door deze cilinders verticaal naast elkaar te plaatsen, kan het oppervlak voor geheugencellen enorm zijn toegenomen. Met een groter oppervlak kunnen meer geheugencellen in hetzelfde volume worden geplaatst, wat een aanzienlijk grotere geheugencapaciteit voor een NAND-flashchip van dezelfde grootte mogelijk maakt.
Waarom is 3D NAND beter?
3D NAND heeft niet alleen een hogere geheugendichtheid, maar de productiemethode die nodig is om de structuur te creëren, is eigenlijk gemakkelijker te maken dan met de traditionele NAND-lay-out. Dit betekent dat 3D NAND zowel een grotere capaciteit als lagere kosten heeft.
Bovendien is 3D NAND-geheugen ook twee keer zo snel bij zowel lees- als schrijfsnelheden dan traditionele NAND-flash. Het heeft ook een tot tien keer langere levensduur en verbruikt ongeveer de helft van het vermogen.