Co je V-NAND?

V-NAND je zkratka pro Vertical NAND a odkazuje na architekturu flash používanou ve flash paměti. Jde o relativně nedávný koncept, který je v komerční výrobě teprve od roku 2013, kdy Samsung vytvořil první produkt, který jej obsahuje.

Vertikální NAND lze také nazvat 3D NAND a obsahuje paměťové zásobníky s vertikálně naskládanými buňkami. To umožňuje, aby konkrétní velikost čipu měla vyšší bitovou hustotu, než by jinak mohla. To je na rozdíl od 2D NAND – tradiční verze, kde jsou paměťové buňky spravovány ve dvourozměrné matici.

Výhody 3D úložiště jsou docela jednoduché – více úložného prostoru na stejné ploše, podobně jako ve výškové budově může být více kancelářských prostor než v jednopodlažní budově na stejně velkém pozemku. Navíc díky velmi tenkým křemíkovým čipům nevytváří skládání více vrstev na sebe žádné zvláštní problémy s výškou.

Základy V-NAND

Kromě své struktury a 3D tvaru se V-NAND příliš neliší od běžné NAND. Je to ve svém jádru logické hradlo, které pracuje se dvěma ( nebo někdy více ) vstupy a jedním výstupem. Více hradel NAND je uspořádáno specifickým způsobem, aby dosáhlo svého účelu. NAND byla původně vyvinuta v 80. letech 20. století a stále je na trhu nejoblíbenějším typem flash paměti. Jeho hlavním konkurentem je brána NOR. I když jsou buňky NOR a NAND podobně strukturované, fungují odlišně. Používají odlišnou logiku k vytváření výstupů ze vstupů, které jim jsou dány. Uspořádání obvodu pro blesk NOR nabízí některé výhody a nevýhody, což vede k dalším případům použití.

Vstup do hradla NAND je vždy buď ve tvaru 0 nebo 1 a vždy jsou alespoň 2. Komerčně můžete najít až 8 vstupů do jednoho hradla – standardem jsou ale dva. Tyto dva vstupy jsou kontrolovány proti pravdivostní tabulce brány a na jejich základě je generován výstup. V případě hradel NAND je výsledek ( opět buď 0 nebo 1 ) určen tím, kolik vstupů je 1.

Pokud jsou všechny vstupy 1, pak brána NAND vrátí 0 jako svůj výstup. Pokud je jeden nebo více vstupů 0s, výstup je 1, bez ohledu na to, co. Toto je přímý opak logiky NOR. Pokud jsou všechny vstupy 0, brána vrátí 1. Bez ohledu na to, pokud je jakýkoli vstup 1, výstup je 0.

Špičková V-NAND

V současné době je tato technologie ve své 8. generaci. Od listopadu 2022 je nejvýkonnější verzí Vertical NAND flash 1-terabitová trojúrovňová buňka V-NAND od společnosti Samsung. Vyznačuje se nejvyšší bitovou hustotou a nejvyšší úložnou kapacitou ze všech dosavadních V-NAND. Přímým důsledkem implementace této nejnovější generace paměťových buněk Flash bude příští generace serverových systémů ( jejich primární použití ) přístup k většímu úložišti s menšími rozměry.

Zvětšení dalších vrstev nad singulární vrstvou nacházející se v 2D NAND přirozeně zvyšuje kapacitu a výkon. Za předpokladu, že daná oblast ve 2D NAND má sto paměťových buněk. V-NAND by například naskládal tři vrstvy na sebe na stejný prostor tři stovky. Moderní V-NAND však využívá stovky vrstev, což výrazně zvyšuje kapacitu úložiště. Samozřejmě stále existují omezení, ale 3D NAND se ukázalo jako životaschopná alternativa ke starší 2D verzi. S výjimkou výše uvedené verze Tb má většina čipů V-NAND v komerčním využití v současnosti buď 256Gb nebo 512Gb. Samotná technologie je koneckonců stále relativně nová.

Závěr

V-NAND je technologie specifická pro flash paměti. Zahrnuje naskládání více matric NAND paměti vertikálně na sebe, s vhodnou konektivitou mezi vrstvami. Umožňuje znásobit kapacitu flash paměti při zachování stejného půdorysu bez dramatických vylepšení uzlů. Stohování matric na sebe zvyšuje výšku flash čipu. Každá matrice je však dostatečně tenká, že celková výška je i při stovkách vrstev stále zanedbatelná.

Toto výrazné zvýšení skladovací hustoty je vynikající pro skladovací kapacitu. Zejména pro hyperskaláry však zvýšení hustoty nabízí specifické výhody. Snížení počtu potřebných serverových stojanů při současném zvýšení kapacity úložiště pomáhá snížit celkovou spotřebu energie. Kapacitní výhoda V-NAND oproti běžné paměti NAND vedla k úplnému nahrazení NAND.