Mikä on V-NAND?

V-NAND tulee sanoista Vertical NAND ja viittaa flash-muistissa käytettävään flash-arkkitehtuuriin. Se on suhteellisen uusi konsepti, joka on ollut kaupallisessa valmistuksessa vasta vuodesta 2013 lähtien, jolloin Samsung loi ensimmäisen sitä sisältävän tuotteen.

Pystysuuntaista NANDia voidaan kutsua myös 3D NANDiksi, ja siinä on muistipinoja pystysuoraan pinotuilla soluilla. Tämä mahdollistaa tietyn sirun koon suuremman bittitiheyden kuin se muuten voisi olla. Tämä on toisin kuin 2D NAND - perinteinen versio, jossa muistisoluja hallitaan kaksiulotteisessa matriisissa.

3D-tallennustekniikan edut ovat melko selvät – enemmän säilytystilaa samalla alueella, aivan kuten kerrostalo voi sisältää enemmän toimistotilaa kuin yksikerroksinen rakennus samankokoisella tontilla. Lisäksi erittäin ohuiden piisirujen ansiosta useiden kerrosten pinoaminen päällekkäin ei aiheuta erityisiä korkeusongelmia.

V-NANDin perusteet

Rakenteensa ja 3D-muotonsa lisäksi V-NAND ei eroa liikaa tavallisesta NANDista. Se on pohjimmiltaan logiikkaportti, joka toimii kahdella ( tai joskus useammalla ) sisääntulolla ja yhdellä lähdöllä. Useat NAND-portit on järjestetty tietyllä tavalla tarkoituksensa saavuttamiseksi. NAND kehitettiin alun perin 1980-luvulla, ja se on edelleen markkinoiden suosituin flash-muistisolutyyppi. Sen pääkilpailija on NOR-portti. Vaikka NOR- ja NAND-solut ovat rakenteeltaan samanlaisia, ne toimivat eri tavalla. He käyttävät erilaista logiikkaa luodakseen ulostuloja niille annetuista tuloista. NOR-salaman piiriasettelu tarjoaa joitain etuja ja haittoja, mikä johtaa muihin käyttötapauksiin.

NAND-porttiin syötetään aina joko 0 tai 1, ja niitä on aina vähintään 2. Kaupallisesti yhteen porttiin voi löytyä jopa 8 tuloa – mutta kaksi on vakiona. Nämä kaksi tuloa verrataan portin totuustaulukkoon ja niiden perusteella generoidaan tulos. NAND-porttien tapauksessa tulos ( jälleen joko 0 tai 1 ) määräytyy sen mukaan, kuinka monta tuloa on 1.

Jos kaikki tulot ovat 1, niin NAND-portti palauttaa 0:n lähtöään. Jos yksi tai useampi tulo on 0, lähtö on 1 riippumatta siitä, mitä. Tämä on NOR-logiikan suora vastakohta. Siellä, jos kaikki tulot ovat 0, portti palauttaa arvon 1. Ei väliä, jos jokin tulo on 1, lähtö on 0.

Huippuluokan V-NAND

Tähän mennessä tämä tekniikka on 8. sukupolvessaan. Marraskuusta 2022 lähtien vertikaalisen NAND-salaman tehokkain versio on Samsungin 1 terabitin kolmitason solu V-NAND. Siinä on tähän mennessä korkein bittitiheys ja suurin tallennuskapasiteetti V-NANDista. Tämän uusimman sukupolven Flash-muistisolujen käyttöönoton suorana seurauksena seuraavan sukupolven palvelinjärjestelmät ( niiden ensisijainen käyttö ) saavat käyttöönsä enemmän tallennustilaa pienemmällä jalanjäljellä.

Lisäkerrosten lisääminen 2D NAND:n yksittäisen kerroksen päälle luonnollisesti parantaa kapasiteettia ja suorituskykyä. Olettaen, että tietyllä alueella 2D NAND:ssa on sata muistisolua. V-NAND voisi esimerkiksi tallentaa kolmesataa samaan tilaan pinoamalla kolme kerrosta päällekkäin. Nykyaikainen V-NAND käyttää kuitenkin satoja kerroksia, mikä lisää merkittävästi tallennuskapasiteettia. Rajoituksia on tietysti edelleen, mutta 3D NAND on osoittautunut toimivaksi vaihtoehdoksi vanhemmalle 2D-versiolle. Edellä mainittua Tb-versiota lukuun ottamatta useimmilla kaupallisessa käytössä olevissa V-NAND-siruissa on tällä hetkellä joko 256 Gt tai 512 Gt. Itse tekniikka on loppujen lopuksi vielä suhteellisen uutta.

Johtopäätös

V-NAND on flash-muistispesifinen tekniikka. Se sisältää useiden NAND-muistin pinoamisen pystysuoraan päällekkäin siten, että kerrosten välillä on asianmukainen yhteys. Se mahdollistaa flash-muistin kapasiteetin moninkertaistamisen säilyttäen saman jalanjäljen ilman dramaattisia solmuparannuksia. Muotien pinoaminen päällekkäin lisää flash-sirun korkeutta. Jokainen suulake on kuitenkin riittävän ohut, jotta kokonaiskorkeus on edelleen merkityksetön, jopa satojen kerrosten kanssa.

Tämä varastotiheyden merkittävä kasvu on erinomainen varastointikapasiteetille. Erityisesti hyperskalaareille tiheyden kasvu tarjoaa kuitenkin erityisiä etuja. Tarvittavien palvelintelineiden määrän vähentäminen ja tallennuskapasiteetin lisääminen auttaa vähentämään kokonaisvirrankulutusta. V-NANDin kapasiteettietu tavalliseen NAND-muistiin verrattuna on johtanut siihen, että NAND on korvattu kokonaan.