Mis on V-NAND?

V-NAND tähistab vertikaalset NAND-i ja viitab välkmälus kasutatavale välklambi arhitektuurile. See on suhteliselt hiljutine kontseptsioon, mida on kommertstootmises kasutatud alates 2013. aastast, mil Samsung lõi esimese seda sisaldava toote.

Vertikaalset NAND-i võib nimetada ka 3D NAND-iks ja sellel on vertikaalselt virnastatud rakkudega mäluvirnad. See võimaldab teatud kiibi suurusel olla suurem bititihedus kui muidu. See on vastupidine 2D NAND-ile – traditsioonilisele versioonile, kus mälurakke hallatakse kahemõõtmelises maatriksis.

3D-salvestuse eelised on üsna arusaadavad – samal alal on rohkem laoruumi, sarnaselt sellega, kuidas kõrghoones võib olla rohkem büroopinda kui ühekorruselises majas ühesuguse suurusega krundil. Veelgi enam, tänu väga õhukestele ränikiipidele ei tekita mitme kihi üksteise peale virnastamine mingeid erilisi kõrgusprobleeme.

V-NANDi põhitõed

Lisaks oma struktuurile ja 3D-kujule ei erine V-NAND liiga tavalisest NAND-ist. See on oma olemuselt loogikavärav, mis töötab kahe ( või mõnikord rohkema ) sisendi ja ühe väljundiga. Mitu NAND-väravat on oma eesmärgi saavutamiseks paigutatud kindlal viisil. NAND töötati algselt välja 1980. aastatel ja on siiani turul kõige populaarsem välkmäluelemendi tüüp. Selle peamine konkurent on NOR värav. Kuigi rakud on sarnase struktuuriga, töötavad NOR ja NAND rakud erinevalt. Nad kasutavad erinevat loogikat, et luua neile antud sisenditest väljundeid. NOR-välgu vooluringi paigutus pakub mõningaid eeliseid ja puudusi, mis toob kaasa muid kasutusjuhtumeid.

NAND-värava sisend on alati kas 0 või 1 kujul ning neid on alati vähemalt 2. Kaubanduslikult võib ühes väravas olla kuni 8 sisendit – kuid standard on kaks. Neid kahte sisendit kontrollitakse värava tõesuse tabeliga ja nende põhjal genereeritakse väljund. NAND-väravate puhul määrab tulemuse ( jällegi kas 0 või 1 ) selle järgi, mitu sisendit on 1.

Kui kõik sisendid on 1, tagastab NAND-värav väljundina 0. Kui üks või mitu sisendit on 0, on väljund 1, olenemata sellest. See on NOR-loogika otsene vastand. Kui kõik sisendid on 0, tagastab värav 1. Kui ükskõik milline sisend on 1, on väljund 0.

Tipptasemel V-NAND

Praeguseks on see tehnoloogia oma 8. põlvkonnas. 2022. aasta novembri seisuga on Vertical NAND-välgu kõige võimsam versioon Samsungi 1-terabitine kolmetasandiline element V-NAND. Sellel on seni suurim bititihedus ja suurim salvestusmaht kõigist V-NAND-idest. Selle uusima põlvkonna välkmälurakkude rakendamise otsese tulemusena saavad järgmise põlvkonna serverisüsteemid ( nende esmane kasutusala ) juurdepääsu suuremale salvestusruumile väiksema jalajäljega.

Täiendavate kihtide suurendamine 2D NAND-is leiduva üksiku kihi peal suurendab loomulikult suutlikkust ja jõudlust. Eeldades, et 2D NAND-i antud alal on sada mälurakku. V-NAND võiks näiteks kolmsada samasse ruumi laduda, laotades kolm kihti üksteise peale. Kaasaegne V-NAND kasutab aga sadu kihte, suurendades oluliselt salvestusmahtu. Muidugi on veel piiranguid, kuid 3D NAND on osutunud vanemale 2D versioonile elujõuliseks alternatiiviks. Kui ülalmainitud Tb versioon välja arvata, on enamikul kommertskasutuses olevatest V-NAND kiipidest praegu kas 256 Gb või 512 Gb. Tehnoloogia ise on ju veel suhteliselt uus.

Järeldus

V-NAND on välkmäluspetsiifiline tehnoloogia. See hõlmab mitme NAND-mäluvormi virnast vertikaalselt üksteise peale koos sobiva ühenduvusega kihtide vahel. See võimaldab mitmekordistada välkmälu mahtu, säilitades samal ajal sama jalajälje, ilma sõlmede dramaatilist täiustamist tegemata. Matriitside üksteise peale virnastamine suurendab välklambi kõrgust. Iga stants on aga piisavalt õhuke, et kogukõrgus on isegi sadade kihtide korral tühine.

See salvestustiheduse märkimisväärne suurenemine sobib suurepäraselt salvestusmahu jaoks. Eelkõige hüperskalaaride puhul pakub tiheduse suurendamine aga konkreetseid eeliseid. Vajalike serveririiulite arvu vähendamine ja salvestusmahu suurendamine aitab vähendada üldist energiatarbimist. V-NANDi võimsuse eelis tavalise NAND-mälu ees on viinud NAND-i täieliku asendamiseni.