ANKET

Sitemizde En Çok Hangisinin İncelemesini Görmek İstersiniz ?

Dizüstü Bilgisayar - 16 ( 28.07 % )

Ekran Kartı - 10 ( 17.54 % )

RAM - 1 ( 1.75 % )

Intel NUC Mini Bilgisayar - 1 ( 1.75 % )

USB Bellek - 2 ( 3.51 % )

Sadece SSD Yeterli ! - 27 ( 47.37 % )

TÜM ANKETLER

TOPLAM REY : 57

SON TWEETLER

Flash Bellekleri ve Logic Gate Mefhumlarını Yakından Tanıyalım

Yazar: 15-11-13  20:09

 

 

Flash_Memory_Chip

 

 

Dr. Masuoka tarafından îcâd edildiğini daha evvel belirttiğimiz Flash teknolojisi zaman içerisinde gelişmiş ve bu yongalar için muhtelif firmalarca farklı Mantıksal Kapı’lar ( Logic Gate ) geliştirilmiştir. Basit bir silikondan ibâret görülen Flash yongaları aslında yüksek bir mühendisliğin tezâhürüdür. Bu silikon türünün kendi dâhilinde elektrik vâsıtası ile çalışma usûlüne de Logic Gate demekteyiz. Yâni elektronların seyahat güzergâhı ve veriyi işleme usûlleri bu kapılar ile belirlenmekte olup, kullanılan teknolojiye göre de mevcud silikonu daha verimli şekilde işlemenin mümkünâtı doğmaktadır.

 

 

AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR ve XNOR olmak üzere yedi farklı Logic Gate vardır. Fakat biz, katı hâl diskleri ile alâkalı olan NAND ve NOR kapılarını işleyeceğiz.

 

 

 

 

 

NOR Flash:

 

 

NOR, Flash teknolojisinin mûcidi olan Dr. Fujio Masuoka tarafından 1984 senesinde geliştirilen bir Mantıksal Kapı’dır. NAND kapılarından daha hızlı okuma performansı sunarken, yazma ve silme işlemlerinde oldukça yavaştır. Muhtevâsında NAND’dan farklı olarak SRAM arayüzü taşımaktadır ve yonganın dâhilindeki her bir byte’a tek tek erişim sağlayabilmektedir.

 

Birkaç sene öncesine kadar umûmen düşük kapasiteli cep telefonlarında tercih edilmekteydi. Yakın zamanda bâzı cep bilgisayarlarında hem NOR hem de NAND bellekleri bir arada konumlandırılmaktaydı. Bu bilgisayarlar, işletim sisteminin daha hızlı boot edilebilmesi için dâhili NOR, diğer depolama işlemleri için ise hârici NAND kullanılıyordu. Günümüzde satılan hemen her anakartın Bios yongaları da NOR tipi Flash bellekten müteşekkildir. NOR belleklerin, yazılım noktasında hafif dokunuşlar ile kullanıma hazır hâle gelebilmeleri bunun başlıca sebebidir. Ki mevzû bahis Bios olduğu için herhangi bir güncelleme durumunda tüm bitleri tek tek değiştirebilmek diğer bir mühim noktayı teşkil etmektedir.

 

Bugün gelindiği nokta îtibâri ile kullanım sahası oldukça daralmış olan NOR tipi Flash Bellekler, NAND’a nazâran daha uzun kullanım ömürleri ile okuma işlemlerinin ağırlıkta olduğu endüstriyel uygulamalarda kendine yer bulmaktadır. Günümüzde bâzı silikon devleri Serial NOR türü Flash Bellekler geliştirmeye devâm etmektedirler.

 

 

 

 

NAND Flash:

 

 

Toshiba_NAND_FlashNAND, 1989 senesinde yine Dr. Masuoka tarafından Toshiba dâhilinde geliştirilmiş bir diğer Mantıksal Kapı’dır. NAND’in vücûda getirilme gâyesi öncelikle, bit başına üretim mâliyetlerini düşürmek ve yonga kapasitesini yükselterek HDD’ler gibi manyetik depolama cihazlarına karşılık pazarda başka bir seçenek teşkil edebilmesidir. NAND Flash zamanla, MP3, dijitâl kamera ve USB bellekler gibi büyük dosyaların işlenip saklandığı ortamlarda kendine pazar payı bulmuş, ertesinde pazarın ekserîsinde hâkim Flash Bellek türü hâline gelmiştir.

 

NOR’a nisbeten daha yüksek yazma ve silme hızları sunan NAND yongalarının yoğunluğu da bit başına fazladır. Verîye ancak sıralı erişim imkânı tanıması NAND kapılarının NOR karşısındaki zayıf halkasını teşkil etmektedir.

 

Sınırlı bir yazma ömrüne sâhib olan NAND’larda yıpranma ertesinde hücre ölümleri gerçekleşir. Bu da zamanla performans ver verî kayıbları şeklinde tezâhür eder. Yıpranmadan dolayı kullanılamaz hâle gelen NAND yongalarının tâmir edilme imkânı yoktur.

 

Silikon sahasında ilerleyen teknolojiler sâyesinde NAND yongalarının boyutlarında küçülme, okuma / yazma hızlarında yükselme ve  voltaj seviyesinde sağlanan aşağıya çekilmeler ile de güç tasarrufu sağlamaya çalışılmaktadır.

 

 

 

 

 

NAND Mantıksal Kapıları Nasıl Çalışır ?

 

 

 

Flash belleklerdeki Logic Gate’leri gördük. Şimdi de işin hâlihazırda etrâfımızı sarmış durumda bulunan SSD’lere taâllûk eden kısmına eğilelim.

 

Günümüzde vücûda getirilen Flash tabanlı katı hâl disklerinin hemen hepsi NAND kapılı belleklerden müteşekkildir. NAND yongalarının yapısını şemalar ile yakından tanıyacağız, fakat, SSD’leri daha iyi  anlayabilmemizde mühim bir yer teşkil eden bu kısma dikkâtimizi toplayalım. Burada, makâlemizin daha evvelki sayfalarında işlediğimiz HDD’lerin çalışma mantıklarına benzeyen bir yapıyı müşâhede edeceğiz:

 

 

Word Line - Satır

NAND üzerindeki müstakil hücreleri yan yana birbirine bağlayan hatlara Word Line ( Satır ) denilmektedir.

 

 

 

Bit Line - Sütün

Yine müstakil hücreleri yukarıdan aşağıya doğru birbirine bağlamaya yarayan metâl hatlara da Bit Line ( Sütun ) denilir.

 

 

 

 

Hücre

Sütunlar ve satırların kesiştiği noktalar ise Hücreleri ifâde etmektedir.

 

 

PageHücrelerin bir araya gelerek meydana getirdikleri yapıya Page denilidir. Page, NAND belleklerdeki yazılıp okunabilen en küçük birimdir. Yâni, SSD’mizin kontrolcüsü NAND’lar üzerinde bir okuma ya da yazma gerçekleştireceği vakit işleyebileceği asgarî verî paketi Page’den küçük olamamaktadır. Bir diğer ifâde ile, NOR’da tek tek her bir hücreye ulaşılabilirken, NAND’de ise Page, en küçük işlem birimimizdir. Boyutu umûmen 4KB’dir. Fakat devamlı küçülmekte olan nano metre üretim teknikleri ile Page’in boyutu da değişebilir. Günümüzde Page’lerin boyutlarının 8KB ilâ 16KB arasında değiştiğini de hatırlatarakdan makâlemizde bunu 4KB kabûl ettiğimizi ifâde edelim.

 

 

 

 

 

BlockBurada ise bir Block görmekteyiz. Belli sayıdaki Page’in dizilmesi ile vücûda gelen Block, NAND yongalarındaki silinebilen en küçük birimine verilen isimdir. Yâni, SSD’mizde bir dosya silmek istediğimizde, hedef dosyanın boyutu bir Page’den küçük ya da büyük dâhi olsa kontrolcümüz ilgili dosyanın bulunduğu tüm Block’u silmek mecbûriyetindedir. Bu durumda ilgili Block’ta bulunan diğer verilerin âkıbeti akıllara gelebilir, bunu da nasibse ileride işleyeceğiz. Umûmen 128 adet Page’den müteşekkil olan Block’ların boyutları ve dâhili sayıları da üretim tekniğine göre farklılık gösterebilir, biz onu, 128 * 4KB = 512KB şeklinde ele alacağız.

 

 

 

 

Plane _ Block

Bu şemade gördüğümüzün ismi Plane’dir. Block’ların birleşmesi ile meydana gelen Plane’ler 1024 * 512KB = 512MB şeklinde vücûda gelirler. Bu rakamların da farklılık gösterebileceğini belirtelim.

 

 

 

 

 

20nm_NAND_Flash_DiePlane’lerin bir araya gelmesi ile de oluşan bu yeni yapıya Die ( Zar ) denilir. Yukarıda 20nm tekniği ile üretilmiş 16 adet Plane ünitesinin birleşmesiyle ortaya çıkan bir Die görmektesiniz.

 

 

 

 NAND_Flash_ChipEn nihâyetinde Die’ların birleşmesi ile de bir Flash Bellek Yongası vücud bulmaktadır.

 

 

 

 

Gördüğümüz tüm bu şemaları şimdi küçükten büyüğe doğru yapı îtibâri ile aşağıdan yukarıya olacak şekilde sıralıyalım ve ardından NAND Flash teknolojisinin bir diğer mühim kısmını ele alalım:

 

 

  • Hücre
  • Page
  • Block
  • Plane
  • Yonga

 

 

 

NAND Flash Belleklerin dâhili yapılarını bitirdik. Şimdi bu mantıksal kapıda kullanılan arayüzlerde.

 

 

 

 

NAND Flash Arayüzleri Nedir ?

 

 

Flash teknolojisinin temel çalışma kâidelerinden ötürü SSD kontrolcüsü ve bellek yongalarının birebir haberleşmesinde ortaya çıkan düşük verimlilik ve bir takım zorlukların önüne geçebilmek adına bu sahada müstakil bir Arayüz ihtiyâcı hâsıl olmuştur. Büyük üreticilerin başını çektiği birkaç çözüm geliştirilmesi ertesinde kontrolcü ve NAND bellek üreticileri de pazarda bu standartların oturmasına ön ayak olmuşlardır. Bugün îtibâri ile raflardaki her bir katı hâl diski bu NAND Flash Arayüzlerden birini taşımaktadır. 

 

 

 

 

ONFi ( Open NAND Flash Interface Working Group ) – İlk defâ 2006’daki Intel Geliştiriciler Fuarında duyurulan ONFi çıkış îtibâri ile kısıtlı bir sahaya hitâb etmeye hazırlanıyor iken, Flash Bellek pazarındaki hızlı büyümenin berâberinde getirdiği belli ihtiyaçların zuhûr etmesi netîcesinde bugün en çok tercih edilen NAND Flash Arayüzü hâline gelmiştir. Bu hızlı yükselişde Flash Bellek tedârikçilerinin aynı tip paketleme ve pinout ( çoklu pin yapısındaki fizikî arayüz ) seçeneklerini kullanmasının müessiriyeti büyüktür.

 

 

ONFi temelli üretim yapan NAND Flash Bellek îmâlâtçıları ( Farkedeceğiniz üzere listede iki dev üreticinin isimleri yok. Onları birazdan ele alacağız. ) şöyledir:

 

 

  • Hynix
  • Intel
  • Micron
  • Phison
  • Sony
  • Spansion

 

 

 

Toggle-Mode: ONFi’nin kifâyetsiz kaldığı fikri ve bu sahada başka çözümlere bağımlı kalmama arzusu üzerine Samsung tarafından geliştirilip 2009 senesinde îlân edilen Toggle arayüzünü ilk kullanan SSD yine firmanın kendisinden gelmiştir. Ertesinde Toshiba da ar-ge çalışmalarına katılmış ve NAND arayüzü sahasında çift vuruşlu verî iletişimi ilk kez Toggle-Mode 2.0  ile hâsıl olmuştur. O vakte kadar SDR tabanlı seyreden NAND arayüzleri, Toggle-Mode 2.0 ile birlikte DDR ile tanışmış ve aynı zaman diliminde 1 yerine 2 verîyi birden işleme imkânı doğmuştur.

 

 

 

DDR-Toggle-SSDLabsNet

 

 

Pazarda heyecanla karşılanan bu gelişme ile kontrolcü üreticileri bu arayüzüne destek veren yongalar hazırlamış ve SSD tedârikçileri de ürünlerinde Toggle-Mode NAND Belleklere yer vermeye başlamışlardır. Bu arayüzünü baz alan NAND Flash Bellek üreticileri de şöyledir:

 

 

  • Samsung
  • Toshiba
  • SanDisk

 

 

Toggle-Mode arayüzünü kullananlar listesi ONFi’deki gibi uzun olmasada, işe pazar payları cihetinden baktığımızda tablo daha iyi anlaşılabilmektedir. Çünkü, günümüz îtibâri ile Toshiba ve Samsung en büyük iki NAND Flash Bellek üreticisi mevkîndedir. Hâli ile bu iki firmanın kendi üretimleri olan SSD’lerin hepsi bu arayüzünü taşımaktadır. Ürettikleri SSD’lerde umûmen ONFi NAND’lara yer veren bâzı îmâlâtçılar, üst seviye çözümlerinde Toggle-Mode NAND bellekleri tercih etmektedirler.

 

 

 

 

Bu kısım da buraya kadar. Bir sonraki makâlemiz NAND Flash Bellekler Kaça Ayrılır olacaktır.

 

 

 

 

 

İKTİBASLAR: