Čo je V-NAND?

V-NAND je skratka pre Vertical NAND a odkazuje na architektúru flash používanú vo flash pamäti. Ide o relatívne nedávny koncept, ktorý je v komerčnej výrobe len od roku 2013, kedy Samsung vytvoril prvý produkt s ním.

Vertikálnu NAND možno tiež nazvať 3D NAND a obsahuje pamäťové zásobníky s vertikálne uloženými bunkami. To umožňuje, aby špecifická veľkosť čipu mala vyššiu bitovú hustotu, než by inak mohla. To je na rozdiel od 2D NAND – tradičnej verzie, kde sú pamäťové bunky spravované v dvojrozmernej matici.

Výhody 3D úložiska sú celkom jednoduché – viac úložného priestoru na rovnakej ploche, podobne ako výšková budova môže obsahovať viac kancelárskych priestorov ako jednopodlažná budova na rovnako veľkom pozemku. Navyše, vďaka veľmi tenkým kremíkovým čipom, stohovanie viacerých vrstiev na seba nevytvára žiadne zvláštne problémy s výškou.

Základy V-NAND

Okrem svojej štruktúry a 3D tvaru sa V-NAND príliš nelíši od bežnej NAND. Vo svojom jadre je to logické hradlo, ktoré pracuje s dvoma ( alebo niekedy viacerými ) vstupmi a jedným výstupom. Viaceré brány NAND sú usporiadané špecifickými spôsobmi, aby dosiahli svoj účel. NAND bola pôvodne vyvinutá v 80. rokoch 20. storočia a stále je na trhu najpopulárnejším typom flash pamäťových buniek. Jeho hlavným konkurentom je brána NOR. Aj keď sú bunky NOR a NAND podobne štruktúrované, fungujú odlišne. Používajú inú logiku na vytváranie výstupov zo vstupov, ktoré dostanú. Usporiadanie obvodu pre blesk NOR ponúka určité výhody a nevýhody, čo vedie k iným prípadom použitia.

Vstup do NAND hradla je vždy buď v tvare 0 alebo 1 a vždy sú aspoň 2. Komerčne môžete nájsť až 8 vstupov do jedného hradla – štandardom sú však dva. Tieto dva vstupy sa kontrolujú podľa pravdivostnej tabuľky brány a na základe nich sa generuje výstup. V prípade brán NAND je výsledok ( opäť buď 0 alebo 1 ) určený tým, koľko vstupov je 1.

Ak sú všetky vstupy 1, potom brána NAND vráti 0 ako svoj výstup. Ak je jeden alebo viac vstupov 0 s, výstup je 1, bez ohľadu na to, čo. Toto je priamy opak logiky NOR. Ak sú všetky vstupy 0, brána vráti 1. Bez ohľadu na to, ak je akýkoľvek vstup 1, výstup je 0.

Špičková V-NAND

V súčasnosti je táto technológia vo svojej ôsmej generácii. Od novembra 2022 je najvýkonnejšou verziou Vertical NAND flash 1-terabitová trojúrovňová bunka V-NAND od spoločnosti Samsung. Vyznačuje sa najvyššou bitovou hustotou a najvyššou úložnou kapacitou zo všetkých doterajších V-NAND. Priamym výsledkom implementácie tejto najnovšej generácie pamäťových buniek Flash bude ďalšia generácia serverových systémov ( ich primárne použitie ) s prístupom k väčšiemu úložnému priestoru s menšou stopou.

Zväčšenie ďalších vrstiev navrchu jedinej vrstvy, ktorá sa nachádza v 2D NAND, prirodzene zvyšuje kapacitu a výkon. Za predpokladu, že daná oblasť v 2D NAND má sto pamäťových buniek. V-NAND by napríklad mohol uložiť tri stovky na rovnaký priestor tak, že na seba naukladá tri vrstvy. Moderné V-NAND však využíva stovky vrstiev, čo výrazne zvyšuje kapacitu úložiska. Samozrejme, stále existujú obmedzenia, ale 3D NAND sa ukázalo ako životaschopná alternatíva k staršej 2D verzii. S výnimkou verzie Tb uvedenej vyššie má väčšina čipov V-NAND v komerčnom využití v súčasnosti buď 256 Gb alebo 512 Gb. Samotná technológia je predsa len relatívne nová.

Záver

V-NAND je technológia špecifická pre flash pamäte. Zahŕňa ukladanie viacerých foriem pamäte NAND vertikálne na seba s vhodnou konektivitou medzi vrstvami. Umožňuje znásobiť kapacitu flash pamäte pri zachovaní rovnakej stopy bez dramatických vylepšení uzlov. Stohovanie matríc na seba zvyšuje výšku flash čipu. Každá matrica je však dostatočne tenká, že celková výška je stále zanedbateľná, dokonca aj so stovkami vrstiev.

Toto výrazné zvýšenie hustoty skladovania je vynikajúce pre skladovaciu kapacitu. Najmä pre hyperskaláry však zvýšenie hustoty ponúka špecifické výhody. Zníženie počtu potrebných serverových stojanov pri súčasnom zvýšení úložnej kapacity pomáha znižovať celkovú spotrebu energie. Kapacitná výhoda V-NAND oproti bežnej pamäti NAND viedla k úplnému nahradeniu NAND.