Инженерлер орнатылған жүйелер үшін жадтың нұсқаларын бағалайтын кезде NAND флэш әдетте осындай жүйелерде ең көп талқыланатын нұсқалардың бірі болып табылады. Негізгі сұрақ — NAND флэш орнатылған ортада жоғары жылдамдықты қажет ететін деректерді сақтау талаптарын шынымен қанағаттандыра ала ма, әлде оның сипаттамалары қабылданбайтын компромисстік шешімдерге әкеледі ме. Қысқаша жауап: иә — NAND флэш жоғары жылдамдықты қажет ететін орнатылған жад үшін қолайлы, бірақ тек дұрыс архитектура, контроллер логикасы және интерфейс конфигурациясы қолда болған жағдайда. Дизайнды қабылдауға дейін NAND флэштің нақты жұмыс істеу жағдайларында қалай ұстағанын түсіну маңызды.
Құрылғылық жүйелер өнеркәсіптік басқарушылар мен автомобильдік электронды басқару блоктарынан бастап, тұтынушыларға арналған Интернет құрылғылары мен медициналық құралдарға дейін кең қолданыс алады. Әрбір қолданыс NAND флэшке оқу мен жазу өткізгіштігі, тұрақтылығы, сақталу мерзімі және сенімділігі бойынша әртүрлі талаптар қояды. Жақсы таңдалған NAND флэш компоненті агрессивті деректер жұмыс көлемін өңдей алады, ал нашар таңдау немесе дұрыс емес интерфейс дизайны NAND флэш технологиясының тән кемшіліктерін ашады. Бұл мақала NAND флэштің жоғары жылдамдықтағы деректерді сақтау үшін қолданылуының тиімділігін оның негізгі мүмкіндіктерін, практикалық шектеулерін және NAND флэштің ең жақсы нәтиже көрсетуіне мүмкіндік беретін дизайн шарттарын қарастыру арқылы зерттейді.
NAND флэштің негізгі өнімділік сипаттамалары
Оқу мен жазу жылдамдығы мүмкіндіктері
Негізінде NAND Flash жылдам оқу жылдамдығын қамтамасыз етеді, сондықтан ол көптеген жоғары жылдамдықты қажет ететін құрылғы ішкі қолданбалары үшін тиімді болып табылады. Қазіргі заманғы NAND Flash құрылғылары SPI, QSPI немесе параллель шина архитектурасы сияқты қолайлы хост интерфейсімен жұптастырылған кезде бірнеше жүздеген мегабайт секундына дейінгі тізбекті оқу өнімділігін қамтамасыз ете алады. NAND Flash-тың оқу циклы әдетте жазу циклынан тезірек болады, яғни негізінен оқуға бағытталған жүйелер NAND Flash-тың таза өнімділігінен тікелей пайда көреді. Аралас оқу-жазу жұмыс жүктемесі кезінде NAND Flash әлі де жеткілікті деңгейде жұмыс істейді, егер компетентті флэш аударма қабаты (FTL) негізгі блок операцияларын басқарса.
NAND флэш-жадында жазу өнімділігі табиғи түрде асимметриялы. NAND флэш-жадыға жазу операциясы беттік деңгейде орындалуы керек, ал өшіру операциялары блоктық деңгейде жұмыс істейді. Бұл NAND флэш-жадыға жаңа деректерді жазу үшін біріншіден бүкіл блокты өшіру керек екендігін білдіреді, содан кейін жеке беттерді қайта бағдарламалау орындалады; бұл қатынас қатаң бақыланбаса, кідіріс туғызады. Жоғары жылдамдықтағы жазулар үшін NAND флэш-жадына сүйенетін құрылғыларда бұл құрылымдық кідірісті жасыру және NAND флэш-құрылғысынан тұрақты өнімділікті сақтау үшін буферлеу стратегиялары мен тозу деңгейін теңестіру алгоритмдерін іске асыру қажет.
NAND флэш-жадының жылдамдығын ашуға мүмкіндік беретін интерфейс опциялары
Хост процессорды тікелей NAND флэшке қосатын интерфейс NAND флэш құрылғысының потенциалды жылдамдығының қаншалықты іске асырылатынын анықтайды. Сериялық перифериялық интерфейс (SPI) конфигурациялары NAND флэштің төменгі шығыс санында да қанағаттанарлық ауысу жылдамдықтарын қамтамасыз етуіне мүмкіндік береді. Төрттік SPI (Quad-SPI) NAND флэш конфигурациялары төрт деректер желісін бір уақытта пайдалану арқылы деректердің өткізу көлемін көбейтеді, сондықтан Quad-SPI NAND флэш әлі де маңызды өткізу қабілетін талап ететін, бірақ бағасына сезімтал құрылғылық дизайндарда қолданылатын негізгі таңдау болып табылады. Ең жоғары өнімділікті талап ететін қолданбалар үшін арнайы жад шинасы арқылы қосылған параллель NAND флэш ең төменгі кешігу уақыты мен NAND флэш архитектурасынан алынатын ең жоғары тұрақты өткізу көлемін қамтамасыз етеді.
NAND флэштің ең жақсы жұмыс істейтін жағдайлар
Программалық жабдықты сақтау және кодты орындау
NAND флэш-жадының құрылғылық жүйелерде қолданылуының ең күшті мысалдарының бірі — бағдарламалық қамтамасыз ету образын және орындалатын кодты сақтау. NAND флэш-жады execute-in-place (орындау орнында) мүмкіндігімен немесе көлеңке RAM буферімен бірге қолданылған кезде процессор нақты уақыт режиміндегі өнімділікті тежейтін тар қысқыштарды болдырмастан NAND флэш-жадынан нұсқауларды тез алып отырады. Өнеркәсіптік құрылғылық платформалары жиі операциялық жүйені, жүктеуішті (boot loader) және қолданбалық бағдарламалардың екілік файлдарын сақтау үшін NAND флэш-жадына сүйенеді, себебі NAND флэш-жады осы салыстырмалы түрде негізінен оқуға бағытталған жұмыс жүктемелері үшін сақтау тығыздығы, энергия тұтынуы және қатынас жылдамдығы арасында тиімді тепе-теңдік ұсынады.
Деректерді жазу қолданбалары үшін NAND флэш жазулар тізбектелген кезде және жазу басқарушысы блок шекараларын ақылды түрде басқаратын кезде өте тиімді болып табылады. Тізбектелген жазу үлгілері NAND флэштің бет-программалау моделіне табиғи түрде сәйкес келеді, ол NAND флэш құрылғысына өте жоғары жазу жылдамдығын сақтауға мүмкіндік береді, ал бұл үнемі өшіру-қайта жазу циклдарының өнімділікті бөлшектеуін болдырмауға көмектеседі. Автомобильдің қара қораптық жазу құрылғылары мен өнеркәсіптік оқиғаларды жазу құрылғылары – бұл NAND флэштің жоғары жылдамдықтағы тізбектелген жазуларды ұзақ уақыт бойы тиімді және сенімді түрде өңдейтін нақты мысалдар.
Төзімділік пен сақталу мерзімі қолданба талаптарымен сәйкес келеді
Берілген тұтасқұрылымды қолданба үшін NAND Flash-тың қолданысқа жарамдылығы сонымен қатар NAND Flash-тың төзімділік рейтингін жүйенің нақты жазу циклы талаптарына сәйкестендіруге байланысты. Бір ұяшыққа бір бит сақтайтын SLC NAND Flash NAND Flash-тың барлық түрлері ішінде ең жоғары төзімділік пен ең жылдам бағдарламалау жылдамдығын ұсынады. MLC және TLC NAND Flash-тың төзімділігі мен шамалы жылдамдығы төмендейді, бірақ олар әрбір кристаллдағы сақтау тығыздығын арттырады, сондықтан олар жазу циклдары орташа деңгейде болатын және гигабайтқа шаққандағы құны маңызды болатын қолданбалар үшін қолайлы. Дұрыс NAND Flash түрін таңдау міндетті — бұл негізгі дизайн шешімі болып табылады және ол NAND Flash-тың өнімнің қарастырылған жұмыс істеу мерзімінде қажетті деректердің өткізу қабілетін қамтамасыз ете алуын анықтайды.
Жоғары жылдамдықты дизайндағы NAND Flash-тың практикалық шектеулері
ECC және контроллердің қосымша жүктемесі
NAND флэш табиғи түрде қателерсіз емес. NAND флэш ұяшықтары бағдарламалау мен өшіру циклдары арқылы кішірейген сайын бит қателерінің жиілігі артады. Жоғары тығыздықтағы NAND флэш нұсқалары SLC NAND флэшке қарағанда бит қателеріне тәжірибелік түрде әсер етеді, сондықтан деректердің бүтіндігін сақтау үшін күштірек қате түзету коды (ECC) қозғалтқыштары қажет. ECC өңдеуінің есептеу жүктемесі деректер жолында кідіріс туғызуы мүмкін, оны қосымша жүйелердің дизайнерлері NAND флэштің өнімділігі талаптарын белгілеген кезде ескеруі тиіс. Аппараттық жағынан үскорылған ECC-пен дұрыс спроекцияланған NAND флэш контроллері осы жүктемені азайтады және тиімді NAND флэш өткізгіштігін құрылғының ресми көрсеткіштеріне жақын ұстайды.
Қуат пен температура ескертулері
NAND флэш жадының өнімділігі қоректендіру кернеуінің тұрақтылығы мен жұмыс істеу температурасына сезімтал. NAND флэшке жазу немесе өшіру операциялары кезінде кернеудің тербелістері деректердің бұзылуына әкелуі мүмкін, сондықтан надежді NAND флэш жұмысы үшін берік қоректендіру жүйесін жобалау шарт болып табылады. Температура ауқымы кең болатын өнеркәсіптік және автокөлік саласындағы ендірілген жүйелерде дизайнерлер таңдалған NAND флэш компонентінің барлық жұмыс істеу температуралық ауқымына сәйкес сертификатталғанын растауы керек. Өнеркәсіптік деңгейдегі NAND флэш бөлшектері кеңейтілген температура ауқымы үшін белгіленген және NAND флэштің қатал жағдайларда да сенімділігін қамтамасыз етуге көмектесетін қатаңырақ технологиялық процестермен шығарылады.
Бұл саладағы құрметті компоненттердің бір мысалы — nAND Flash sOP8 қораптауында қол жетімді совместимді тізбекті флэш жады, ол сенімді және жылдам деректерді сақтауды талап ететін, тақтаның шектеулі көлемінде орналасқан құрылғылық дизайндар үшін компактты, берік шешім ұсынады. NAND флэш компоненттерін сатып алу кезінде жеткізу тізбегінің аутентификациясын және компоненттердің сертификатталуын тексеру жүйенің тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін тең маңызды.
Жиі қойылатын сұрақтар
NAND флэш құрылғысы құрылғылық жүйелерде нақты уақытта деректерді жазуды қолдай ала ма?
Иә, NAND флэш құрылғысы құрылғылық жүйесі флэш аудармалық қабатын немесе бетті бағдарлау және блокты жоюды асинхронды түрде басқаратын аппараттық контроллерді пайдаланған кезде нақты уақытта деректерді жазуды қолдай алады. Буферлеу стратегиялары қолданбаға жоғары жылдамдықпен жазуға мүмкіндік береді, ал NAND флэш құрылғысы ішкі операцияларды артқы планда орындайды, нәтижесінде NAND флэш кешігуі нақты уақыттағы деректер жолынан тиімді тәуелсіз болады.
Құрылғылық қолданыста SLC және MLC NAND флэш арасындағы айырмашылық неде?
SLC NAND флэш әрбір ұяшыққа бір бит сақтайды, ол MLC NAND флэшке қарағанда жылдамырақ жазу жылдамдығын, жоғары төзімділікті және жақсы деректерді сақтау қабілетін қамтамасыз етеді; ал MLC NAND флэш әрбір ұяшыққа екі бит сақтайды. Жоғары жылдамдықты жазуды және ұзақ қызмет көрсету мерзімін талап ететін құрылғылық қолданбалар үшін SLC NAND флэш – оңтайлы таңдау. MLC NAND флэш жазу өнімділігі мен төзімділіктің максималды деңгейіне қарағанда сақтау тығыздығын басымдыққа қоятын қолданбаларға жарамды.
Интерфейсті таңдау құрылғылық дизайндарда NAND флэштің өнімділігіне қалай әсер етеді?
Хост-интерфейс деректердің процессор мен NAND флэш арасында қаншалықты тез берілуін анықтайды. Quad-SPI NAND флэш конфигурациялары стандартты бірбитті SPI NAND флэш қосылыстарына қарағанда деректердің жылдамдығын төрт есе арттырады, ол оқу мен тізбекті жазу өнімділігін әлдеқайда жақсартады. Параллель NAND флэш интерфейстері одан да жоғары жылдамдық ұсынады, бірақ көп сигналдық сызықтарды және мұқият PCB орналасуын талап етеді. Қолданысқа сәйкес интерфейсті таңдау NAND флэш компонентінің номиналды жылдамдығына сәйкес немесе оған жақын жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.
EN
