NAND flash

NAND Flash คืออะไร

NAND Flash คือประเภทหนึ่งของหน่วยความจำแฟลช (Flash Memory) แบบไม่ลบเลือน (Non-Volatile Memory) ซึ่งหมายความว่าข้อมูลที่เก็บไว้จะไม่หายไปแม้จะไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยง เป็นเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในการจัดเก็บข้อมูลใน Solid State Drive (SSD), USB Flash Drive, SD Card, และอุปกรณ์ดิจิทัลพกพาอื่นๆ โดยมีโครงสร้างที่จัดเรียงเซลล์หน่วยความจำแบบอนุกรมคล้ายกับ “NAND gate” (ประตูตรรกะแบบ NAND) ซึ่งช่วยให้มีความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลสูงและต้นทุนต่อบิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับหน่วยความจำแฟลชแบบ NOR Flash

หน้าที่สำคัญ:

จัดเก็บข้อมูลถาวร: เป็นหัวใจสำคัญของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบโซลิดสเตต ทำหน้าที่ในการเก็บข้อมูลดิจิทัล เช่น ระบบปฏิบัติการ, โปรแกรม, ไฟล์เอกสาร, รูปภาพ, วิดีโอ และข้อมูลอื่นๆ อย่างถาวร โดยไม่ต้องการพลังงานในการรักษาสภาพข้อมูล
เพิ่มความเร็วในการอ่าน/เขียน: เมื่อเทียบกับ Hard Disk Drive (HDD) แบบจานหมุน NAND Flash ช่วยให้ SSD มีความเร็วในการอ่านและเขียนข้อมูลที่สูงกว่ามาก เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
เพิ่มความทนทานและลดการใช้พลังงาน: การที่ไม่มีชิ้นส่วนกลไก ทำให้ SSD ที่ใช้ NAND Flash มีความทนทานต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนสูงกว่า HDD และยังใช้พลังงานน้อยกว่าด้วย

เกร็ดน่ารู้:

เซลล์หน่วยความจำ (Memory Cell): พื้นฐานของ NAND Flash ประกอบด้วยเซลล์หน่วยความจำจำนวนมาก แต่ละเซลล์จะเก็บบิตข้อมูลโดยการกักเก็บประจุไฟฟ้าใน “Floating Gate Transistor”
รอบการเขียน/ลบ (P/E Cycles): เซลล์ NAND Flash มีข้อจำกัดในจำนวนครั้งที่สามารถเขียนและลบข้อมูลได้ (Program/Erase Cycles) ก่อนที่จะเริ่มเสื่อมสภาพและไม่สามารถเก็บข้อมูลได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดอายุการใช้งานของ SSD
ประเภทของ NAND Flash (ตามจำนวนบิตต่อเซลล์):
- SLC (Single-Level Cell): เก็บข้อมูล 1 บิตต่อเซลล์ ทนทานที่สุด (P/E Cycles สูงสุด), เร็วที่สุด, แต่มีราคาแพงที่สุดและมีความจุน้อยที่สุด มักใช้ใน Enterprise SSD หรืออุปกรณ์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง
- MLC (Multi-Level Cell): เก็บข้อมูล 2 บิตต่อเซลล์ มีความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ราคา และความทนทาน (P/E Cycles ปานกลาง) มักใช้ใน Consumer SSD ระดับกลางถึงสูง
- TLC (Triple-Level Cell): เก็บข้อมูล 3 บิตต่อเซลล์ มีความจุสูงขึ้นและราคาถูกลง แต่ความทนทานและประสิทธิภาพในการเขียนลดลง (P/E Cycles ต่ำกว่า MLC) เป็นที่นิยมใช้ใน Consumer SSD ทั่วไปในปัจจุบัน
- QLC (Quad-Level Cell): เก็บข้อมูล 4 บิตต่อเซลล์ มีความจุสูงสุดและราคาถูกที่สุด แต่ความทนทานและประสิทธิภาพในการเขียนต่ำที่สุด (P/E Cycles ต่ำสุด) เหมาะสำหรับ SSD ที่เน้นความจุสูงและราคาประหยัด เช่น สำหรับการจัดเก็บข้อมูลที่ไม่ค่อยมีการเขียนซ้ำบ่อยนัก
- PLC (Penta-Level Cell): เป็นเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนา/เริ่มนำมาใช้ เก็บข้อมูล 5 บิตต่อเซลล์ มุ่งเน้นไปที่ความจุสูงสุดและราคาต่อบิตที่ต่ำที่สุด
3D NAND (หรือ V-NAND): เป็นเทคโนโลยีที่ซ้อนเซลล์ NAND Flash ในแนวตั้งหลายๆ ชั้น (Vertical Stacking) แทนที่จะวางเรียงกันในแนวนอน เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเซลล์โดยไม่ต้องขยายขนาดชิป ทำให้สามารถสร้าง SSD ที่มีความจุสูงขึ้นได้โดยใช้พื้นที่น้อยลง และช่วยเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพ
Controller: ชิปควบคุมใน SSD มีบทบาทสำคัญในการจัดการการทำงานของ NAND Flash เช่น การจัดการการเขียนข้อมูล (Wear Leveling) เพื่อกระจายการเขียนไปยังเซลล์ต่างๆ อย่างสม่ำเสมอ และการแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC – Error Correction Code) เพื่อยืดอายุการใช้งานและรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูล

คำศัพท์ที่เกี่ยวข้อง:

SSD (Solid State Drive): อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่ใช้ NAND Flash เป็นสื่อหลัก
Flash Memory: หน่วยความจำที่ไม่ลบเลือนที่เก็บข้อมูลในเซลล์หน่วยความจำ
Non-Volatile Memory: หน่วยความจำที่ยังคงเก็บข้อมูลได้แม้ไม่มีกระแสไฟฟ้า
Wear Leveling: กลไกที่ใช้ใน SSD เพื่อกระจายการเขียนข้อมูลไปยังเซลล์ NAND Flash อย่างสม่ำเสมอเพื่อยืดอายุการใช้งาน
TBW (Terabytes Written): ค่าบ่งชี้ปริมาณข้อมูลทั้งหมดที่ SSD สามารถเขียนได้ตลอดอายุการใช้งาน
DWPD (Drive Writes Per Day): ค่าบ่งชี้จำนวนครั้งที่สามารถเขียนข้อมูลเต็มความจุของไดรฟ์ได้ต่อวันตลอดระยะเวลารับประกัน
Controller: ชิปควบคุมใน SSD ที่จัดการการทำงานของ NAND Flash