बहु स्तरीय सेल

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SLC, MLC, TLC, QLC, PLC shown with all possible bit combinations per cell type
तुलना में स्मृति कोशिकाओं के अंतर

इलेक्ट्रानिक्स में, एक मल्टी-लेवल सेल (MLC) एक मेमोरी सेल (कंप्यूटिंग) है जो सिंगल-लेवल सेल (SLC) की तुलना में एक काटा से अधिक सूचनाओं को स्टोर करने में सक्षम है, जो केवल एक बिट प्रति मेमोरी सेल को स्टोर कर सकता है। एक मेमोरी सेल में आमतौर पर एक सिंगल फ्लोटिंग-गेट MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) होता है, इस प्रकार मल्टी-लेवल सेल सिंगल-लेवल सेल के समान डेटा को स्टोर करने के लिए आवश्यक MOSFETs की संख्या को कम करते हैं।

ट्रिपल-लेवल सेल (TLC) और क्वाड-लेवल सेल (QLC) MLC मेमोरी के संस्करण हैं, जो प्रति सेल क्रमशः तीन और चार बिट स्टोर कर सकते हैं। मल्टी-लेवल सेल नाम का प्रयोग कभी-कभी टू-लेवल सेल को संदर्भित करने के लिए विशेष रूप से किया जाता है। कुल मिलाकर स्मृतियों के नाम इस प्रकार हैं:

  1. सिंगल-लेवल सेल या एसएलसी (1 बिट प्रति सेल)
  2. मल्टी-लेवल सेल या एमएलसी (2 बिट प्रति सेल), वैकल्पिक रूप से डबल-लेवल सेल या डीएलसी
  3. ट्रिपल-लेवल सेल या टीएलसी (3 बिट प्रति सेल) या 3-बिट एमएलसी
  4. क्वाड-लेवल सेल या QLC (प्रति सेल 4 बिट)
  5. पेंटा-लेवल सेल या पीएलसी (5 बिट प्रति सेल) - वर्तमान में विकास में[citation needed]

ध्यान दें कि यह नामकरण भ्रामक हो सकता है, क्योंकि एक एन-लेवल सेल वास्तव में 2 का उपयोग करता हैn n बिट्स को स्टोर करने के लिए शुल्क का स्तर (नीचे देखें)।

आमतौर पर, जैसे-जैसे स्तर की गिनती बढ़ती है, प्रदर्शन (गति और विश्वसनीयता) और उपभोक्ता लागत में कमी आती है; हालाँकि, यह सहसंबंध निर्माताओं के बीच भिन्न हो सकता है।

MLC मेमोरी के उदाहरण हैं MLC NAND फ्लैश, MLC PCM (चरण-परिवर्तन स्मृति), आदि। उदाहरण के लिए, SLC NAND फ्लैश तकनीक में, प्रत्येक सेल दो राज्यों में से एक में मौजूद हो सकता है, प्रति सेल एक बिट जानकारी संग्रहीत करता है। अधिकांश एमएलसी नैंड फ्लैश मेमोरी में प्रति सेल चार संभावित अवस्थाएँ होती हैं, इसलिए यह प्रति सेल दो बिट्स की जानकारी संग्रहीत कर सकती है। यह राज्यों को अलग करने वाले मार्जिन की मात्रा को कम करता है और परिणामस्वरूप अधिक त्रुटियों की संभावना होती है। कम त्रुटि दर के लिए डिज़ाइन किए गए बहु-स्तरीय सेल को कभी-कभी 'एंटरप्राइज़ एमएलसी' ('eMLC') कहा जाता है।

नई प्रौद्योगिकियां, जैसे बहु-स्तरीय सेल और 3डी फ्लैश, और बढ़ी हुई उत्पादन मात्रा कीमतों को नीचे लाना जारी रखेगी।[1]


सिंगल-लेवल सेल

फ्लैश मेमोरी अलग-अलग मेमोरी सेल में डेटा स्टोर करती है, जो फ्लोटिंग-गेट MOSFET ट्रांजिस्टर से बने होते हैं। परंपरागत रूप से, प्रत्येक सेल में दो संभावित अवस्थाएँ होती थीं (प्रत्येक एक वोल्टेज स्तर के साथ), प्रत्येक राज्य या तो एक या एक शून्य का प्रतिनिधित्व करता था, इसलिए प्रत्येक सेल में तथाकथित एकल-स्तरीय कोशिकाओं, या SLC फ्लैश मेमोरी में एक बिट डेटा संग्रहीत किया गया था। . एसएलसी मेमोरी में उच्च लेखन गति, कम बिजली की खपत और उच्च सेल धीरज का लाभ है। हालाँकि, क्योंकि SLC मेमोरी MLC मेमोरी की तुलना में प्रति सेल कम डेटा स्टोर करती है, इसके निर्माण के लिए प्रति मेगाबाइट स्टोरेज की लागत अधिक होती है। उच्च स्थानांतरण गति और अपेक्षित लंबे जीवन के कारण, उच्च-प्रदर्शन मेमोरी कार्ड में SLC फ्लैश तकनीक का उपयोग किया जाता है। फरवरी 2016 में, एक अध्ययन प्रकाशित किया गया था जिसने एसएलसी और एमएलसी की विश्वसनीयता के बीच अभ्यास में थोड़ा अंतर दिखाया।[2] एक सिंगल-लेवल सेल (एसएलसी) फ्लैश मेमोरी में लगभग 50,000 से 100,000 प्रोग्राम/इरेज़ साइकिल का जीवनकाल हो सकता है।[3] एक एकल-स्तरीय सेल लगभग खाली होने पर 1 और लगभग पूर्ण होने पर 0 का प्रतिनिधित्व करता है। दो संभावित अवस्थाओं के बीच अनिश्चितता का एक क्षेत्र (रीड मार्जिन) होता है, जिस पर सेल में संग्रहीत डेटा को सटीक रूप से पढ़ा नहीं जा सकता है।[4]


मल्टी-लेवल सेल

एमएलसी फ्लैश मेमोरी का प्राथमिक लाभ उच्च डेटा घनत्व के कारण प्रति यूनिट स्टोरेज की कम लागत है, और मेमोरी-रीडिंग सॉफ़्टवेयर एक बड़ी बिट त्रुटि दर के लिए क्षतिपूर्ति कर सकता है।[5] उच्च त्रुटि दर के लिए एक त्रुटि-सुधार कोड (ECC) की आवश्यकता होती है जो कई बिट त्रुटियों को ठीक कर सकता है; उदाहरण के लिए, SandForce SF-2500 फ्लैश कंट्रोलर 512-बाइट सेक्टर में 55 बिट तक सुधार कर सकता है, जिसमें प्रति 10 में एक सेक्टर से कम की रीड एरर रेट ठीक नहीं हो सकती है।17 बिट्स पढ़े गए।[6] सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला एल्गोरिदम बोस-चौधरी-होक्क्वेन्घेम (बीसीएच कोड) है।[7] एमएलसी एनएएनडी की अन्य कमियां कम लिखने की गति, प्रोग्राम की कम संख्या/मिटा चक्र और एसएलसी फ्लैश मेमोरी की तुलना में उच्च बिजली की खपत हैं।

त्रुटियों को हल करने में मदद करने के लिए दूसरे थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर समान डेटा को पढ़ने की आवश्यकता के कारण SLC की तुलना में MLC NAND के लिए रीड स्पीड भी कम हो सकती है। ECC द्वारा ठीक किए जा सकने वाले मान प्राप्त करने के लिए TLC और QLC उपकरणों को समान डेटा को क्रमशः 4 और 8 बार पढ़ने की आवश्यकता हो सकती है।[8] एमएलसी फ्लैश का जीवनकाल लगभग 1,000 से 10,000 प्रोग्राम/इरेज़ साइकिल हो सकता है। यह आमतौर पर एक फ्लैश फाइल सिस्टम के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिसे फ्लैश मेमोरी की सीमाओं के आसपास डिज़ाइन किया गया है, जैसे कि फ्लैश डिवाइस के उपयोगी जीवनकाल को बढ़ाने के लिए समतलन पुराना होना का उपयोग करना।

इंटेल 8087 ने दो-बिट्स-प्रति-सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग किया,[9] और 1980 में मल्टी-लेवल ROM सेल का उपयोग करने के लिए बाजार में पहले उपकरणों में से एक था।[10][11] इंटेल ने बाद में 1997 में 2-बिट मल्टी-लेवल सेल (MLC) NOR फ्लैश का प्रदर्शन किया।[12] NEC ने 1996 में 64 के साथ क्वाड-लेवल सेल का प्रदर्शन किया वह मुझे पीएगा फ्लैश मेमोरी चिप प्रति सेल 2 बिट स्टोर करती है। 1997 में, NEC ने क्वाड-लेवल सेल्स के साथ गतिशील रैंडम-एक्सेस मेमोरी (DRAM) चिप का प्रदर्शन किया, जिसमें 4 की क्षमता थी। जीबीआईटी। STMicroelectronics ने 2000 में 64 के साथ क्वाड-लेवल सेल का भी प्रदर्शन किया Mbit NOR फ्लैश मेमोरी चिप।[13] MLC का उपयोग उन सेल को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जो 4 चार्ज मानों या स्तरों का उपयोग करके प्रति सेल 2 बिट स्टोर करते हैं। एक 2-बिट एमएलसी के पास एकल और शून्य के हर संभव संयोजन को सौंपा गया एकल चार्ज स्तर है, जो इस प्रकार है: जब 25% के करीब भरा होता है, तो सेल 11 के बाइनरी मान का प्रतिनिधित्व करता है; 50% के करीब होने पर, सेल 01 का प्रतिनिधित्व करता है; 75% के करीब होने पर, सेल 00 का प्रतिनिधित्व करता है; और जब 100% के करीब होता है, तो सेल 10 का प्रतिनिधित्व करता है। एक बार फिर, मूल्यों के बीच अनिश्चितता का एक क्षेत्र (मार्जिन पढ़ें) होता है, जिस पर सेल में संग्रहीत डेटा को सटीक रूप से पढ़ा नहीं जा सकता है।[14][4]

As of 2013, कुछ ठोस-राज्य ड्राइव MLC NAND डाई के हिस्से का उपयोग करते हैं जैसे कि यह सिंगल-बिट SLC NAND थे, जो उच्च लेखन गति प्रदान करते हैं।[15][16][17]

As of 2018, लगभग सभी वाणिज्यिक एमएलसी प्लानर-आधारित होते हैं (अर्थात सेल सिलिकॉन सतह पर बने होते हैं) और इसलिए स्केलिंग सीमाओं के अधीन होते हैं। इस संभावित समस्या का समाधान करने के लिए, उद्योग पहले से ही ऐसी तकनीकों पर विचार कर रहा है जो आज की सीमाओं से परे भंडारण घनत्व में वृद्धि की गारंटी दे सकती हैं। सबसे आशाजनक में से एक 3डी फ्लैश है, जहां कोशिकाओं को लंबवत रूप से ढेर किया जाता है, जिससे प्लानर स्केलिंग की सीमाओं से बचा जा सकता है।[18] अतीत में, कुछ मेमोरी डिवाइस दूसरी दिशा में चले गए और कम बिट त्रुटि दर देने के लिए प्रति बिट दो कोशिकाओं का उपयोग किया।[19] एंटरप्राइज एमएलसी (ईएमएलसी) एमएलसी का एक अधिक महंगा संस्करण है जिसे व्यावसायिक उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है। यह पारंपरिक एसएलसी ड्राइव पर लागत बचत प्रदान करते हुए सामान्य एमएलसी की तुलना में अधिक समय तक चलने और अधिक विश्वसनीय होने का दावा करता है। हालांकि कई एसएसडी निर्माताओं ने उद्यम उपयोग के लिए एमएलसी ड्राइव का उत्पादन किया है, केवल माइक्रोन इस पदनाम के तहत कच्चे नंद फ्लैश चिप्स बेचता है।[20]


ट्रिपल-लेवल सेल

Image of a 2TB-3D-NAND-SSD
एक ट्रिपल-लेवल सेल स्टोरेज

ट्रिपल-लेवल सेल (TLC) एक प्रकार की NAND फ़्लैश मेमोरी है जो प्रति सेल 3 बिट जानकारी संग्रहीत करती है। तोशीबा ने 2009 में ट्रिपल-लेवल सेल के साथ मेमोरी पेश की।[21]

सैमसंग ने एक प्रकार के एनएएनडी फ्लैश की घोषणा की जो प्रति सेल 3 बिट्स की जानकारी संग्रहीत करता है, 8 कुल वोल्टेज राज्यों (मान या स्तर) के साथ, ट्रिपल-लेवल सेल (टीएलसी) शब्द को गढ़ता है। सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 2010 में इसका बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया।[22] और इसे पहली बार सैमसंग की 840 सीरीज ठोस राज्य ड्राइव में देखा गया था।[23] सैमसंग इस तकनीक को 3-बिट एमएलसी के रूप में संदर्भित करता है। एमएलसी के नकारात्मक पहलुओं को टीएलसी के साथ बढ़ाया जाता है, लेकिन टीएलसी अभी भी उच्च भंडारण घनत्व और कम लागत से लाभान्वित होता है।[24] 2013 में, सैमसंग ने ट्रिपल-लेवल सेल के साथ V-NAND (वर्टिकल NAND, जिसे 3D NAND भी कहा जाता है) पेश किया, जिसकी मेमोरी क्षमता 128 थी वो जायेगा।[25] उन्होंने अपनी TLC V-NAND तकनीक को 256 तक विस्तारित किया 2015 में जीबीटी मेमोरी,[22]और 512 2017 में जीबीटी।[26]


क्वाड-लेवल सेल

A grey SSD with the text Samsung Solid State Drive
सैमसंग 870 क्यूवीओ: 8 टीबी स्टोरेज के साथ एक क्यूएलसी एसएसडी

प्रति सेल 4 बिट्स को स्टोर करने वाली मेमोरी को आमतौर पर TLC द्वारा निर्धारित कन्वेंशन के अनुसार क्वाड-लेवल सेल (QLC) कहा जाता है। अपने आविष्कार से पहले, क्यूएलसी उन कोशिकाओं को संदर्भित करता था जिनमें 16 वोल्टेज अवस्थाएं हो सकती हैं, यानी वे जो प्रति सेल 4 बिट स्टोर करते हैं।

2009 में, Toshiba और SanDisk ने क्वाड-लेवल सेल के साथ NAND फ्लैश मेमोरी चिप पेश की, जो प्रति सेल 4 बिट स्टोर करती है और 64 की क्षमता रखती है जीबी।[21][27] SanDisk X4 फ्लैश मेमोरी कार्ड, 2009 में पेश किया गया, NAND मेमोरी पर आधारित पहला उत्पाद था जो प्रति सेल 4 बिट्स को स्टोर करता है, जिसे आमतौर पर क्वाड-लेवल-सेल (QLC) कहा जाता है, प्रत्येक में 16 असतत चार्ज लेवल (स्टेट्स) का उपयोग करता है। व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर। इन मेमोरी कार्डों में प्रयुक्त QLC चिप्स तोशिबा, SanDisk और SK Hynix द्वारा निर्मित किए गए थे।[28][29] 2017 में, Toshiba ने क्वाड-लेवल सेल के साथ V-NAND मेमोरी चिप पेश की, जिसकी स्टोरेज क्षमता 768 तक है जीबी।[30] 2018 में, ADATA, Intel, Micron Technology और Samsung ने QLC NAND मेमोरी का उपयोग करके कुछ SSD उत्पाद लॉन्च किए हैं।[31][32][33][34] 2020 में, सैमसंग ने ग्राहकों के लिए 8 टीबी तक स्टोरेज स्पेस वाला क्यूएलसी एसएसडी जारी किया। यह 2020 तक अंतिम ग्राहकों के लिए सबसे बड़ी भंडारण क्षमता वाला SATA SSD है।[35][36]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ "नंद फ्लैश हार्ड डिस्क ड्राइव को विस्थापित कर रहा है". Retrieved 29 May 2018.
  2. ↑ Bianca Schroeder and Arif Merchant (February 22, 2016). "उत्पादन में फ्लैश विश्वसनीयता: अपेक्षित और अप्रत्याशित". Conference on File and Storage Technologies. Usenix. ISBN 9781931971287. Retrieved November 3, 2016.
  3. ↑ NAND Flash is displacing Hard Disk Drives, Retrieved 29 May 2018.
  4. ↑ 4.0 4.1 "Intel SSD 710 (200GB) समीक्षा".
  5. ↑ Micron's MLC NAND Flash Webinar. Archived 2007-07-22 at the Wayback Machine.
  6. ↑ SandForce SF-2600/SF-2500 Product Info. 2013-10-22.
  7. ↑ A Tour of the Basics of Embedded NAND Flash Options. EE Times. 2013-08-27.
  8. ↑ Peleato; et al. (Sep 2015). "नंद फ्लैश के लिए अनुकूली रीड थ्रेसहोल्ड". IEEE Transactions on Communications. 63 (9): 3069–3081. doi:10.1109/TCOMM.2015.2453413. S2CID 14159361.
  9. ↑ "प्रति ट्रांजिस्टर दो बिट: इंटेल के 8087 फ्लोटिंग पॉइंट चिप में उच्च घनत्व वाला रोम". Retrieved 2022-05-18.
  10. ↑ "Four-state cell called density key" article by J. Robert Lineback. "Electronics" magazine. 1982 June 30.
  11. ↑ P. Glenn Gulak. "A Review of Multiple-Valued Memory Technology".
  12. ↑ "फ्लैश मेमोरी मार्केट" (PDF). Integrated Circuit Engineering Corporation. Smithsonian Institution. 1997. Retrieved 16 October 2019.
  13. ↑ "स्मृति". STOL (Semiconductor Technology Online). Retrieved 25 June 2019.
  14. ↑ Pedro Hernandez (June 29, 2018). "एसएलसी बनाम एमएलसी बनाम टीएलसी नंद फ्लैश". Enterprise Storage Forum.
  15. ↑ Geoff Gasior. "Samsung's 840 EVO solid-state drive reviewed: TLC NAND with a shot of SLC cache". 2013.
  16. ↑ Allyn Malventano. "New Samsung 840 EVO employs TLC and pseudo-SLC TurboWrite cache". 2013.
  17. ↑ Samsung. "Samsung Solid State Drive: TurboWrite Technology White Paper". 2013.
  18. ↑ Solid State bit Density and the Flash Memory Controller. Retrieved 29 May 2018.
  19. ↑ "Automotive EEPROMs use two cells per bit for ruggedness, reliability" by Graham Prophet, 2008-10-02.
  20. ↑ "एंटरप्राइज एमएलसी: विस्तारित एमएलसी साइकिलिंग क्षमताएं". www.micron.com (in English). Retrieved 17 November 2019.
  21. ↑ 21.0 21.1 "तोशिबा ने 3-बिट-प्रति-सेल 32nm जेनरेशन और 4-बिट-प्रति-सेल 43nm तकनीक के साथ NAND फ्लैश मेमोरी में प्रमुख प्रगति की". Toshiba. 11 February 2009. Retrieved 21 June 2019.
  22. ↑ 22.0 22.1 "इतिहास". Samsung Electronics. Samsung. Retrieved 19 June 2019.
  23. ↑ "सैमसंग एसएसडी 840 सीरीज - 3बीआईटी/एमएलसी नंद फ्लैश". Archived from the original on 2013-04-10. Retrieved 2013-04-10.
  24. ↑ "सैमसंग एसएसडी 840: टीएलसी नंद की सहनशक्ति का परीक्षण". AnandTech. 2012-11-16. Retrieved 2014-04-05.
  25. ↑ "सैमसंग बड़े पैमाने पर 128 जीबी 3-बिट एमएलसी नंद फ्लैश का उत्पादन कर रहा है". Tom's Hardware. 11 April 2013. Retrieved 21 June 2019.
  26. ↑ Shilov, Anton (December 5, 2017). "सैमसंग ने 512 जीबी यूएफएस नंद फ्लैश मेमोरी का उत्पादन शुरू किया: 64-लेयर वी-नंद, 860 एमबी/एस रीड्स". AnandTech. Retrieved 23 June 2019.
  27. ↑ "SanDisk 64 गीगाबिट X4 NAND फ्लैश के साथ दुनिया का पहला मेमोरी कार्ड शिप करता है". SlashGear. 13 October 2009. Retrieved 20 June 2019.
  28. ↑ SanDisk Ships World’s First Flash Memory Cards with 64 Gigabit X4 (4-Bits-Per-Cell) NAND Flash Technology.
  29. ↑ NAND Flash – The New Era of 4 bit per cell and Beyond. EE Times. 2009-05-05.
  30. ↑ "तोशिबा ने दुनिया की पहली 4-बिट प्रति सेल क्यूएलसी नंद फ्लैश मेमोरी विकसित की". TechPowerUp. June 28, 2017. Retrieved 20 June 2019.
  31. ↑ Shilov, Anton. "डेटा से परम SU630 SD का पता चलता है: SATA के लिए ZD YALTS". AnandTech.com. Retrieved 2019-05-13.
  32. ↑ Tallis, Billy. "Intel SSD 660p SSD समीक्षा: QLC NAND उपभोक्ता SSDs के लिए आता है". www.anandtech.com. Retrieved 2019-05-13.
  33. ↑ Tallis, Billy. "The Crucial P1 1TB SSD रिव्यु: द अदर कंज्यूमर QLC SSD". www.anandtech.com. Retrieved 2019-05-13.
  34. ↑ Shilov, Anton. "सैमसंग ने क्यूएलसी वी-नंद-आधारित एसएसडी का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया". AnandTech.com. Retrieved 2019-05-13.
  35. ↑ "870 क्यूवीओ". Samsung Official Site.
  36. ↑ "सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने उद्योग में अग्रणी 8टीबी कंज्यूमर एसएसडी, 870 क्यूवीओ पेश किया". Samsung Newsroom.


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