Что такое flash память в телефоне
Flash память в телефоне
Эта статья должна дать четкое представление что такое flash память в телефоне и зачем она нужна. Я потрачу немного времени и расскажу про нее, что знаю. Вы прочтите, потому что редко от мастера увидишь такие статьи. Их пишут, как правило, те кто не разбирается в вопросе)).
Flash память что это?
В любом современном смартфоне и планшете есть внутренняя память. Это знаете как на «русском» языке? Лежит USB флешка в кармане и на ней хранятся фотографии, документы. А когда мы ее подключим к компьютеру или ноутбуку, то увидим содержимое. Тем самым микросхема флеш-памяти содержит и хранит наши файлы. Друзья, не путайте ее с micro SD карточкой памяти (внешняя карта памяти). Чип флеш памяти изображен на рисунке 1.
Рисунок 1
Рисунок 2
Такая микросхема имеет разные размеры — форм-фактор, разный объем памяти. Есть флеш память 8 Гб, флеш память 16 Гб, флеш память 32 Гб и флеш память 64 Гб. Но прогресс, как говорится, на месте не стоит. Уже в новых смартфонах внутренняя flash память достигает 1 Тб объема хранимой информации. Но мы давайте, остановимся на том что имеем. Что на данный момент является проблемой, носящей распространенный характер.
Производители мобильных телефонов и планшетов повсеместно начали оснащать таким чипом свои девайсы. Началось это примерно с 2013 года. Раньше применялась nand память (Рисунок 2). Причиной смены явились: скорость передачи информации, размер накопителя. Не стоит забывать, что у flash памяти eMMC свой внутренний контроллер. Он отвечает за распределение и хранение ваших файлов. А у nand чипов эту роль выполнял процессор устройства. Да и техника наша с вами постоянно совершенствуется.
Сгорела плата в телефоне.
В сервисе разводят руками и говорят: «Сгорела плата в телефоне», примерно так.
Для микросхем флеш памяти eMMC ресурс работы около 3 лет. Как показывает практика, работают и по 7 лет. Вот пришло то время когда вроде бы смартфон по характеристикам еще должен работать, а тут выключился. И вот несете в сервис прошить телефон, ну или планшет. В сервисе разводят руками и говорят: «Сгорела плата в телефоне», примерно так. Это если уровень знаний недостаточный у инженера. Квалифицированный мастер всегда точно определит причину поломки телефона. Т.е. понятия «сгорела плата» и «сгорела микросхема памяти» разные.
Почему я хочу поставить акцент на этот аспект? Потому что флеш память меняется отдельно и дешевле за стоимость замены платы. С некоторой стороны заменить плату выгоднее, чем тратить время на ремонт. А самое главное, мастеров, умеющих менять отдельно flash память на пальцах можно пересчитать. Учитывайте, что плату вам установят с другого такого же телефона. То есть вы получаете кота в мешке. Где гарантии что ресурс не выработан у чипа, что стоит на ней?
Не будем останавливаться на компетентности сотрудников различных сервисов. Остановимся на том как определить что пора менять чип.
Когда нужна замена flash памяти.
А как узнать? Легко. Я пишу вам симптомы, а вы выбираете свой пункт и все становится на свои места)).
Почему сгорела флеш память?
Вот все вышеперечисленные пункты происходят от чего. Информация во флеш памяти как говорилось выше распределяется по адресам и в них хранится. Вот вы файлик сохранили в телефоне, это файлик в соответствии с таблицей файловой системы разносится по разным адресам. А нашли старую фотографию, удалили ее с телефона, осталось место свободное, следующий файл будет заполнять это место.
Это как сиденье в автобусе на котором мы сидим ежедневно. Одно мягкое место посидело, ушло, второе пришло… Вот стирается обивка и приходит в негодность. Тоже самое и с ячейком (адресом), со временем она становится медленной. Потом вовсе нельзя на ней хранить 0 или 1.
Контроллер ее помечает неисправной и пересчитывает на другие адреса. В итоге мы имеем большое количество ошибок и сбои в работе. А глобально, вот вы, например, телефон постоянно включаете и выключаете. Это сказывается на области Flash памяти где хранится прошивка телефона. Вовсе перестает включаться и да: «сгорела флеш память». Вот откуда это понятие))).
Достать файлы из флеш памяти.
Ну раз уже задели тему извлечения, давайте остановимся. Важно понять, что в последнее время производители телефонов стали шифровать данные пользователя. Это зависит и от операционной системы, например, с версии android 7.0 уже раздел с файлами ваши зашифрован. Ну или пользователь сам может зашифровать свой аппарат. Люди часто звонят и спрашивают, вот сгорела плата, как извлечь фото из андроид моего. Вот если не зашифровано ничего, то решаемо. Просто процедуры извлечения разные, от простых до трудоемких способов. Для таких случаев в основном флеш память выпаивается и через программатор флеш памяти считывается содержимое. Такие программаторы стоят больших денег. Поэтому и цена на такие работы дорогая. Всегда помните, что принеся неквалифицированным ребятам свой аппарат, по сути вы станете как минер… ))) Ошибается единожды. Раскурочат, сломают напополам флеш память и пиши пропало. В общем думайте сами)).
Почему надо менять флеш память.
В первую очередь, есть новые микросхемы еще в доступе. Либо микросхемы снятые когда-то с бракованных по другим причинам плат в телефонах. Это плюс, новый чип — новая жизнь. А знаете, что можно варьировать объемом флеш памяти? Вот стояла у вас микросхема на 4 Гб, а мы можем поставить на 16 Гб. И все буде отлично и без нареканий работать. Плюс ко всему ж есть гарантия 4 месяца. А, как правило, по опыту, если работает, то уже работает. На ближайшие минимум 2-3 года вы обеспечены работой девайса.
Кстати, любим делать фото работ «До» и «После». Есть и в instagram фото и в профиле на онлайнере в Услугах. В общем, как говорится, себя не похвалишь, никто не похвалит))).Там можно посмотреть кое-чего для ликбеза.
Замена flash памяти в телефоне и планшете.
А знаете что? Сейчас мы с вами поменяем память в…..в…а пусть в Huawei P8 lite.
Итак, берем аппарат, вскрываем его и извлекаем из устройства системную плату. Это то про что выше упоминалось: «Сгорела плата» ))
Ставим ее в держатель для плат. Нужно для ее фиксации, чтобы она была неподвижной. И феном ее выпаиваем. Выпаиваем так, чтобы не повредить сам чип и рядом стоящие не перегреть, а это Мастерство. Повредить ее нельзя, потому что оттуда нужны фотографии хозяйке телефона.
Вот мы микросхему выпаяли и подготовили для установки в сокет для чтения программатором флеш памяти ее содержимого.
Поставили в сокет и она прочиталась. На следующем рисунке особо внимательные читатели этой статьи обратят внимание. Версия прошивки 5.0, т.е. телефон не включался, а драгоценные фотографии мы хозяйке достанем.
После всего этого возьмется другая микросхема, рабочая. Мы ее установим и восстановим программное обеспечение телефону. Но это уже другая история)).
NVMe против UFS 3.1: Битва типов памяти в смартфонах. Разбор
iPhone быстрые? Да! Но почему?
Apple мало что рассказывает нам про внутренности своих девайсов. Как будто скрывает от нас страшную тайну!
Например, знали ли вы что в iPhone и в Android используется совершенно разный тип флеш-памяти? NVMe в iPhone и UFS в Android.
Флеш-память
Начнём с того что на флешках, картах памяти, в смартфонах и SSD-дисках — везде используют один тот же тип памяти — флеш-память. Это современная технология, пришедшая на смену магнитным носителям информации, то есть жестким дискам.
У флеш-памяти куча преимуществ. Она энергоэффективная, дешевая, прочная и безумно компактная. На чипе размером с монетку помещается до терабайта данных!
Размер чипа Toshiba на фото 16×20 мм
Но как удаётся хранить такие огромные объемы информации при таких крошечных размерах?
Как работает флеш-память?
Давайте разберемся как устроена флеш-память.
Базовая единица современной флэш-памяти — это CTF-ячейка. Расшифровывается как Charge Trap Flash memory cell, то есть Память с Ловушкой Заряда. И это не какая-то образная ловушка а самая настоящая.
Эта ячейка способна запирать электроны внутри себя и хранить их годами! Примерно как ловушка из фильма «Охотники за привидениями». Так что даже если ваш SSD-диск ни к чему не подключен и просто так лежит в тумбочке, знайте — он полон энергии.
Наличие или отсутствие заряда в ячейке компьютер интерпретирует как нули и единицы. В общем-то как и всё в мире технологий.
Таких ячеек много и они стоят друг над другом. Поэтому такая компоновка ячеек называется Vertical NAND или VNAND. Она крайне эффективна и очень интересно организована.
Многоэтажная память
Небольшая аналогия. Представьте, что память — это огромный многоэтажный жилой комплекс, в котором каждая квартира — это ячейка памяти.
Так вот, в одном доме этого ЖК всегда 6 подъездов, на каждом этаже одного подъезда размещается 32 квартиры, т.е. ячейки памяти. А этажей в таком доме может быть аж 136 штук, но только если это самый современный дом. Такой дом с шестью подъездами называется блоком памяти.
К чему я это всё? NAND память организована так, что она не может просто считать и записывать данные в какую-то конкретную ячейку, ну или квартиру. Она сразу считывает или перезаписывает весь подъезд!
А если нужно что-то удалить, то стирается сразу целый дом, то есть блок памяти. Даже если вы просто решили выкинуть ковер в одной квартире — не важно. Весь дом под снос!
Поэтому прежде чем удалить что-либо приходится сначала скопировать всю информацию в соседний блок.
А если памяти на диске осталось мало, меньше 30% от общего объема, то скорость работы такого диска сильно замедляется. Просто потому, что приходится искать свободный блок- место для копирования.
Так что следите за тем, чтобы память на телефоне или SSD-диске были заполнены не более чем на 70%! Иначе всё будет тупить.
Кстати, по этой же причине стирание информации потребляет намного больше энергии, чем чтение и запись. Поэтому хотите сэкономить заряд, поменьше удаляйте файлы!
Напомню, что в жестких дисках, которые HDD, другая проблема. Там информация считывается по одной ячейке. Жесткий диск вращается, а считывающая головка ездит туда-сюда по всей поверхности диска. И, если файлы разбиты на фрагменты, хранящиеся в разных концах диска — скорость падает. Поэтому, для HDD полезна дефрагментация.
Что такое спецификация?
Но вернёмся к флеш-памяти. Естественно сам по себе чип с памятью бесполезен потому как всей этой сложной структурой нужно как-то управлять. Поэтому существуют целые технологические стеки, которые всё разруливают. Их называют стандартами или спецификациями.
Есть чип с флеш-памятью, как правило это NAND память. Там хранятся данные.
А есть спецификация — это целый набор технологий вокруг чипа, программных и аппаратных, которые обеспечивают взаимодействия с памятью. Чем умнее спецификация, тем быстрее работает память.
Так какие же спецификации используются в наших смартфонах и какая из них самая умная? Давайте разберёмся.
Выход первого iPhone в 2007 году спровоцировал постепенный отказ от карт памяти. Появилась потребность в новом стандарте недорогой флеш-памяти для мобильных устройств. Так появился eMMC, что значит встроенная Мультимедиа карта или Embedded Multimedia Card. То есть прям как eSIM (Embedded SIM).
Стандарт eMMС постепенно обновлялся и его скорости росли. И eMMC до сих пор используется в большинстве смартфонов, но данный стандарт явно не рекордсмен по скорости и сильно проигрывает тем же SSD дискам.
Тогда в 2014 году появился новый стандарт с нескромным названием Universal Flash Storage или UFS! Новый стандарт был во всём лучше eMMC.
Во-первых, в UFS последовательный интерфейс. А это значит, что можно одновременно и записывать и считывать. eMMC мог делать только что-то одно. Поэтому UFS работает быстрее!
Во-вторых, он в два раза более энергоэффективный в простое.
Эффективнее работает с файлом подкачки когда ОЗУ забита. И еще, существуют UFS карты памяти, которые могут быть бесшовно интегрированы во внутреннем хранилище! Это же полноценная модульная память!
Кстати, по этой причине, внутреннюю память телефона правильнее называть eUFS. Embedded, ну вы помните.
UFS вышел сразу же в версии 2.0 в 2015 году, а первым телефоном с этим стандартом стал Samsung Galaxy S6. Samsung так гордились скоростью памяти, что даже выкинули слот microSD из Galaxy S6. Казалось бы, судьба стандартов флеш-памяти предрешена — вот он новый король. Новый USB мира флеш-памяти.
Но внезапно выходит iPhone 6s и мы видим это!
Что? Как такое возможно? Что за чудо память в этих iPhone? Похоже, Apple пошли какой-то своей дорожкой. Если стандарты eMMC и UFS — наследники каких-то там детских карт памяти, то память в iPhone — прямой наследник взрослых SSD-дисков. Потому как в iPhone используется спецификация памяти NVMe. Такая же память используется в компах и ноутбуках.
Но ключевое слово в названии Express! Почему?
Спецификация NVMe специально разрабатывалась для SSD-дисков с памятью NAND, подключенных по шине PCI Express.
NVMe создавался с нуля как новый способ эффективной работы с SSD-дисками. Из него убрали всё лишнее и сосредоточились на скорости.
Поэтому, благодаря короткому технологическому стеку, NVMe имеет большое преимущество при случайной записи и чтении блоков над остальными стандартами.
Это свойство особенно полезно для работы операционной системы, которая постоянно считывает и генерит кучу маленьких файлов размером по 4 КБ. Случайное чтение и запись NVMe — это то, что делает iPhone таким быстрым.
Но, естественно, Apple не могли просто запихнуть целый SSD в смартфон. Они модифицировали протокол NVMe и разработали свой кастомный PCI-E контроллер.
Поэтому, то что стоит в iPhone — решение абсолютно уникальное и в своё время было революционным. А они об этом даже ничего не сказали! Как всегда делает Apple.
Такая же история с MacBook. Apple первыми отказались от HDD. И они всегда ставят самую быструю память в ноуты. Во многом поэтому, даже на более слабом железе Mac ощущаются быстрее Windows-ноутбуков.
Тесты
Но вернёмся к смартфонам. Мы выяснили, что Android используют UFS-память, а Айфоны NVMe. Но проблема в том, что сложно сказать какая память действительно быстрее.
Скажем так есть, крутое сравнение от компании Micron. На базе кастомного Android девайса они сравнили NVMe и UFS 2.1 и получили преимущество NVMe по всем показателям! Вот такие:
CPDT Бенчмарк
Но кому это интересно? Сейчас много где есть UFS 3.0, а в Redmi K30 Pro вообще UFS 3.1.
Только посмотрите UFS 3.1 быстрее UFS 2.0 по разным показателям вплоть до 8 раз. Вот с чем надо сравнивать!
UFS 2.0 vs UFS 3.1
Значит надо просто скачать одинаковый тест под iPhone и Android, и готово! Мы узнаем — кто чемпион. Только знаете что? Нет такого теста! Поверьте мы искали. Есть спорные тесты с непонятной методологией (PerfomanceTest), но приличного ничего нет.
Кроме… Вот этого чудесного теста: Cross Platform Disk Test. Работает на всех платформах, подробно описана методология тестирования. И даже есть результаты тестов некоторых iPhone:
Но вот незадача, версия приложения для iOS так и не была выпущена.
Но мы не отчаялись! Как выяснилось, разработчика зовут Максим, он из Минска. Поэтому мы с ним связались и Макс любезно предоставил нам девелопер версию приложения под iOS.
Поэтому сегодня мы наверняка узнаем где всё-таки быстрее память: На самых последних iPhone или на самых крутых Android-смартфонах:
В итоге побеждает дружба, в последовательной записи вроде бы все очень неплохо у Apple, но по произвольной они подчистую сливают Android-смартфонам. В копировании — буквальное равенство результатов. При этом заметьте, что Poco F2 Pro с UFS 3.1 показал себя в тестах никак и проиграл и Sony Xperia 1 II, и OnePlus 8 Pro. Возможно решает не только это! А вот в сравнении с «взрослым» NVMe в ноутбуках мобильный NVMe в 3-4 раза медленнее и это конечно не радует. С другой стороны это значит, что смартфонам есть куда расти!
Еще раз хотим поблагодарить Максима за помощь и инструкции! Помните, тест не из лёгких, поэтому если у вас будет вылетать не ругайтесь!
Что такое flash память в телефоне
Флэш-память или почему не включается мой телефон
В наше непростое время HI-TECH технологий волей-неволей останавливаешься перед выбором, какой мобильный телефон купить? И было бы, конечно, намного легче выбирать из двух-трех брендов, но прогресс не стоит на месте, и даже производители в прошлом исключительно компьютерной техники, предлагают нам свои решения в этом вопросе и выпускают вполне конкурентоспособные образцы.
В нашем сервисе побывал аппарат фирмы Lenovo A850. В принципе, эта торговая марка выпускает разнообразную продукцию для разных слоев населения. Мягко говоря, печатные платы их мобильных телефонов не отличаются надежностью, хотя есть и достойные экземпляры. Но так вышло, что рассматриваемая нами поломка встречается не только у Lenovo, это глобальная проблема всех производителей мобильных телефонов (смартфонов) на сегодняшний день.
EMMC или флэш-память телефона. Многие пользователи окирпиченых гаджетов знают, по крайней мере, одно из этих ругательств. Да-да, именно ругательств. Потому как, услышав вердикт в сервисе и цену за ремонт, ничего кроме ругательств на ум не приходит. И кого в этом винить? – вопрос остается открытым. С одной стороны это удешевление производства влечет за собой снижение качества выпускаемых деталей, с другой – желание заработать на нас с вами по-больше… Вспомним массовый брак HTC Desire V.
Флэш-память…Ваш телефон начинает жить своей жизнью, спонтанные перезагрузки и куча ошибок в операционной системе, зависания… Обязательно ваш брат/сват/кум посоветуют вам его перешить! Не редко это помогает – где-то в 70% случаях, но особо счастливые увидят перед собой такое:
Технологии флэш-памяти
Современному человеку нравится быть мобильным и иметь при себе различные высокотехнологичные гаджеты (англ. gadget — устройство), облегчающие жизнь, да что там скрывать, делающие ее более насыщенной и интересной. И появились-то они всего за 10-15 лет! Миниатюрные, легкие, удобные, цифровые… Всего этого гаджеты достигли благодаря новым микропроцессорным технологиям, но все же больший вклад был сделан одной замечательной технологией хранения данных, о которой сегодня мы и будем говорить. Итак, флэш-память.
Бытует мнение, что название FLASH применительно к типу памяти переводится как «вспышка». На самом деле это не совсем так. Одна из версий его появления говорит о том, что впервые в 1989-90 году компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем. Вообще, изобретателем считается Intel, представившая в 1988 году флэш-память с архитектурой NOR. Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND, которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш. Собственно, сейчас можно сказать, что это два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства. В этой статье мы попытаемся понять их устройство, принцип работы, а также рассмотрим различные варианты практического использования.
Поскольку память с такой организацией считается первой представительницей семейства Flash, с нее и начнем. Схема логического элемента, собственно давшего ей название (NOR — Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»), приведена на рисунке.
С помощью нее осуществляется преобразование входных напряжений в выходные, соответствующие «0» и «1». Они необходимы, потому что для чтения/записи данных в ячейке памяти используются различные напряжения. Схема ячейки приведена на рисунке ниже.
Она характерна для большинства флэш-чипов и представляет из себя транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим (control) и плавающим (floating). Важной особенностью последнего является способность удерживать электроны, то есть заряд. Также в ячейке имеются так называемые «сток» и «исток». При программировании между ними, вследствие воздействия положительного поля на управляющем затворе, создается канал — поток электронов. Некоторые из электронов, благодаря наличию большей энергии, преодолевают слой изолятора и попадают на плавающий затвор. На нем они могут храниться в течение нескольких лет. Определенный диапазон количества электронов (заряда) на плавающем затворе соответствует логической единице, а все, что больше его, — нулю. При чтении эти состояния распознаются путем измерения порогового напряжения транзистора. Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. В технологиях различных производителей этот принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтению данных из ячейки. Хочу также обратить ваше внимание на то, что в структуре флэш-памяти для хранения 1 бита информации задействуется только один элемент (транзистор), в то время как в энергозависимых типах памяти для этого требуется несколько транзисторов и конденсатор. Это позволяет существенно уменьшить размеры выпускаемых микросхем, упростить технологический процесс, а, следовательно, и снизить себестоимость. Но и один бит далеко не предел: Intel уже выпускает память StrataFlash, каждая ячейка которой может хранить по 2 бита информации. Кроме того, существуют пробные образцы, с 4-х и даже 9-битными ячейками! В такой памяти используются технология многоуровневых ячеек. Они имеют обычную структуру, а отличие заключается в том, что заряд их делится на несколько уровней, каждому из которых в соответствие ставится определенная комбинация бит. Теоретически прочитать/записать можно и более 4-х бит, однако, на практике возникают проблемы с устранением шумов и с постепенной утечкой электронов при продолжительном хранении. Вообще, у существующих сегодня микросхем памяти для ячеек характерно время хранения информации, измеряемое годами и число циклов чтения/записи — от 100 тысяч до нескольких миллионов. Из недостатков, в частности, у флэш-памяти с архитектурой NOR стоит отметить плохую масштабируемость: нельзя уменьшать площадь чипов путем уменьшения размеров транзисторов. Эта ситуация связана со способом организации матрицы ячеек: в NOR архитектуре к каждому транзистору надо подвести индивидуальный контакт. Гораздо лучше в этом плане обстоят дела у флэш-памяти с архитектурой NAND.
NAND — Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И». Отличается такая память от предыдущей разве что логической схемой.
Устройство и принцип работы ячеек у нее такой же, как и у NOR. Хотя, кроме логики, все-таки есть еще одно важное отличие — архитектура размещения ячеек и их контактов. В отличие от вышеописанного случая, здесь имеется контактная матрица, в пересечениях строк и столбцов которой располагаются транзисторы. Это сравнимо с пассивной матрицей в дисплеях 🙂 (а NOR — с активной TFT). В случае с памятью такая организация несколько лучше — площадь микросхемы можно значительно уменьшить за счет размеров ячеек. Недостатки (куда уж без них) заключаются в более низкой по сравнению с NOR скорости работы в операциях побайтового произвольного доступа.
Существуют еще и такие архитектуры как: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) и пр. Принципиально нового ничего они не представляют, а лишь комбинируют лучшие свойства NAND и NOR.
И все же, как бы там ни было, NOR и NAND на сегодняшний день выпускаются на равных и практически не конкурируют между собой, потому как в силу своих качеств находят применение в разных областях хранения данных. Об этом и пойдет далее речь…
Где нужна память…
Если еще ко времени выполнения перечисленных операций прибавить задержки на выборку блока и на доступ, то получим отнюдь неконкурентоспособные с NOR показатели (отмечу, что именно для случая побайтовой записи). Другое дело последовательная запись/чтение — здесь NAND наоборот показывает значительно более высокие скоростные характеристики. Поэтому, а также из-за возможностей увеличения объема памяти без увеличения размеров микросхемы, NAND-флэш нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэшдрайвы и карты памяти. Что касается NOR-флэша, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобилок и т. п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе). Удачный пример такого использования — проект Gumstix: одноплатный компьютер размером с пластинку жвачки. Именно NOR-чипы обеспечивают требуемый для таких случаев уровень надежности хранения информации и более гибкие возможности по работе с ней. Объем NOR-флэш обычно измеряется единицами мегабайт и редко переваливает за десятки.
И будет флэш…
Безусловно, флэш — перспективная технология. Однако, несмотря на высокие темпы роста объемов производства, устройства хранения данных, основанные на ней, еще достаточно дороги, чтобы конкурировать с жесткими дисками для настольных систем или ноутбуков. В основном, сейчас сфера господства флэш-памяти ограничивается мобильными устройствами. Как вы понимаете, этот сегмент информационных технологий не так уж и мал. Кроме того, со слов производителей, на нем экспансия флэш не остановится. Итак, какие же основные тенденции развития имеют место в этой области.
Во-первых, как уже упоминалось выше, большое внимание уделяется интегрированным решениям. Причем проекты вроде Gumstix лишь промежуточные этапы на пути к реализации всех функций в одной микросхеме.
Пока что, так называемые on-chip (single-chip) системы представляют собой комбинации в одном чипе флэш-памяти с контроллером, процессором, SDRAM или же со специальным ПО. Так, например, Intel StrataFlash в сочетании с ПО Persistent Storage Manager (PSM) дает возможность использовать объем памяти одновременно как для хранения данных, так и для выполнения программного кода. PSM по сути дела является файловой системой, поддерживающейся ОС Windows CE 2.1 и выше. Все это направлено на снижение количества компонентов и уменьшение габаритов мобильных устройств с увеличением их функциональности и производительности. Не менее интересна и актуальна разработка компании Renesas — флэш-память типа superAND с встроенными функциями управления. До этого момента они реализовывались отдельно в контроллере, а теперь интегрированы прямо в чип. Это функции контроля бэд-секторов, коррекции ошибок (ECC — error check and correct), равномерности износа ячеек (wear leveling). Поскольку в тех или иных вариациях они присутствуют в большинстве других брендовых прошивок внешних контроллеров, давайте вкратце их рассмотрим. Начнем с бэд-секторов. Да, во флэш-памяти они тоже встречаются: уже с конвейера сходят чипы, имеющие в среднем до 2% нерабочих ячеек — это обычная технологическая норма. Но со временем их количество может увеличиваться (окружающую среду в этом винить особо не стоит — электромагнитное, физическое (тряска и т. п.) влияние флэш-чипу не страшно). Поэтому, как и в жестких дисках, во флэш-памяти предусмотрен резервный объем. Если появляется плохой сектор, функция контроля подменяет его адрес в таблице размещения файлов адресом сектора из резервной области.
 |
 |
Собственно, выявлением бэдов занимается алгоритм ECC — он сравнивает записываемую информацию с реально записанной. Также в связи с ограниченным ресурсом ячеек (порядка нескольких миллионов циклов чтения/записи для каждой) важно наличие функции учета равномерности износа. Приведу такой редкий, но встречающийся случай: брелок с 32 Мбайт, из которых 30 Мбайт заняты, а на свободное место постоянно что-то записывается и удаляется. Получается, что одни ячейки простаивают, а другие интенсивно исчерпывают свой ресурс. Чтобы такого не было, в фирменных устройствах свободное пространство условно разбивается на участки, для каждого из которых осуществляется контроль и учет количества операций записи.
Еще более сложные конфигурации класса «все-в-одном» сейчас широко представлены такими компаниями как, например, Intel, Samsung, Hitachi и др. Их изделия представляют собой многофункциональные устройства, реализованные в одной лишь микросхеме (стандартно в ней имеется процессор, флэш-память и SDRAM). Ориентированы они на применение в мобильных устройствах, где важна высокая производительность при минимальных размерах и низком энергопотреблении. К таким относятся: PDA, смартфоны, телефоны для сетей 3G. Приведу пример подобных разработок — чип от Samsung, объединяющий в себе ARM-процессор (203 МГц), 256 Мбайт NAND памяти и 256 SDRAM. Он совместим с распространенными ОС: Windows CE, Palm OS, Symbian, Linux и имеет поддержку USB. Таким образом на его основе возможно создание многофункциональных мобильных устройств с низким энергопотреблением, способных работать с видео, звуком, голосом и прочими ресурсоемкими приложениями.
Другим направлением совершенствования флэш является уменьшение энергопотребления и размеров с одновременным увеличением объема и быстродействия памяти. В большей степени это касается микросхем с NOR архитектурой, поскольку с развитием мобильных компьютеров, поддерживающих работу в беспроводных сетях, именно NOR-флэш, благодаря небольшим размерам и малому энергопотреблению, станет универсальным решением для хранения и выполнения программного кода. В скором времени в серийное производство будут запущены 512 Мбит чипы NOR той же Renesas. Напряжение питания их составит 3,3 В (напомню, хранить информацию они могут и без подачи тока), а скорость в операциях записи — 4 Мбайт/сек. В то же время Intel уже представляет свою разработку StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) — универсальную систему флэш-памяти для беспроводных технологий. Объем ее памяти может достигать 1 Гбит, а рабочее напряжение равно 1.8 В. Технология изготовления чипов — 0,13 нм, в планах переход на 0,09 нм техпроцесс. Среди инноваций данной компании также стоит отметить организацию пакетного режима работы с NOR-памятью. Он позволяет считывать информацию не по одному байту, а блоками — по 16 байт: с использованием 66 МГц шины данных скорость обмена информацией с процессором достигает 92 Мбит/с!
Что ж, как видите, технология развивается стремительно. Вполне возможно, что к моменту выхода статьи появится еще что-нибудь новенькое. Так что, если что — не взыщите 🙂 Надеюсь, материал был вам интересен.