“Flash bellek” denildiğinde ekseriyetle akıllara bilgisayarlara takılan USB bellekler gelir. Lakin “flash yongalar” neredeyse depolama sözünün geçtiği her yer var: USB belleğinizde, fotoğraf makinenizin SD kartında, SSD’lerde (katı hal sürücüler), hastane tıbbi ekipmanlarında, endüstriyel robot makinelerde ve daha sayısız aygıtta.
Gelin artık flash bellekleri birlikte inceleyelim, iki yaygın bellek çeşidi olan NAND ve eMMC’nin ortasındaki farklara bakalım.
Piyasada birkaç farklı flash bellek türevi olsa da yaygın olarak NAND kullanılıyor, sonrasında ise eMMC geliyor. Düşük kapasiteli USB belleklerden MP3 çalarlar ve yüksek kapasite sunan gelişmiş SSD’lere kadar birçok eserde bahsettiğimiz bellekler yer alıyor.
Flash belleğin iki temel özelliği var:
- Kalıcı Depolama: Tabiri caizse uçucu olmayan bellekler (DRAM gibi) dataları korumak için bir güç kaynağına gereksinim duymaz. Bu nedenle aygıtı tekrar başlatsanız bile datalar olduğu üzere kalır. Tam aksisi örnek olarak bilgisayarımızda kullandığımız RAM’leri ve ekran kartlarında yer alan VRAM’i verebiliriz. Elektrik kesildiğinde tüm bilgiler bu belleklerden uçar sarfiyat.
- Sınırlı Yazma Döngüsü: Çalışma biçimi nedeniyle flash bellekler belli bir mühlet boyunca kullanılabilir. Yongaların içinde yer alan hücreler vakit içinde yavaşça fonksiyonunu yitirir ve performans düşüşleri de olabilir.
Flash bellek bilgileri bir dizi hücrede depolar ve her hücre en az bir bit data fiyat. Hücreler bloklar halinde düzenlenir; bir blok, tanımlanabilir bir data ünitesi oluşturan bitişik bir bayt kümesi olarak tanımlanır.
Bir blok, dizinin programlanabilir/silinebilir en küçük kısmıdır. Bloklar elektrik yükü ile yazılır ve her bir hücre 1 ya da 0 sayısını temsil eder.
Tüm bloklar bir ortada düşünüldüğünde ortaya bir bellek çipi çıkıyor. Bu belleklerin tek başına bir fonksiyonu yoktur, bir denetimci ve bir arayüz içeren PCB (baskı devre kartı) üzerine monte edilir. Farklı bir çip olan denetimci de NAND bellekler kadar kıymetlidir.
NAND’ın kendisi ham flash bellektir ve kendi protokolünü kullanır. SD kartlar ve katı hal şoförleri üzere NAND uygulayan dizaynlarda çoklukla bir Flash Translation Layer (FTL-Flash Çeviri Katmanı) uygulamak için üstüne mikro denetleyiciler eklenir. FTL, disk kullanımınızı (örneğin USB üzerinden) manalı NAND süreçlerine çevirir.
SSD’nin İçinde Neler Yer Alıyor?
SSD’ler genel olarak 3 kısımdan oluşuyor:
- Birinci kısım NAND flash yongalar olarak isimlendirilen ve fotoğrafta en çok alanı kaplayan bellekler. Burada datalarınız depolanıyor. NAND yongalar, bilgileri saklamak için elektrik kontağına gereksinim duymaz.
- DRAM, sonradan erişim için bilgileri ön bellekte fiyat ve bu süreç için elektriğe gereksinim duyar. Ayrıyeten Her SSD’de DRAM yer almadığını belirtelim.
- Kontrolcü ise bilgisayarınız ile NAND yongalar ortasındaki irtibatı sağlayan ana ünitedir. İçerdiği firmware ile SSD’nizi yönetmeyi sağlar. Öbür bir deyişle, SSD’nin idaresi ondan sorulur.
SSD ile teğe bir tıpkı olmasa bile başka aygıtların da çalışma mantığı çok benzeridir.
“NAND” hayli kapsayıcı bir tabir. Bu bağlamda birçok farklı tasarım ve alt sınıf mevcut.
SLC (Single Level Cell) Nedir?
SLC yongalar, okuma ve yazma durumlarında en kararlı cevabı verir ve çok sayıda okuma/yazma döngüsünde daha sağlam kalır. Bu yongalarda 90.000 ile 100.000 civarında okuma/yazma döngü ömrü beklenir. Kullanım ömrü sebebiyle iş dünyasında muvaffakiyete ulaşmıştır. Yüksek maliyeti ve düşük depolama kapasitesi nedeniyle rastgele bir konut bilgisayarında bu üslup bir NAND yongası görmeniz pek mümkün değildir.
Avantajları:
- Uzun ömürlü olması ve daha çok döngü imkanı sunması
- Daha az okuma/yazma yanlışı ile daha kararlı olması
- Çok geniş sıcaklık bedellerinde çalışabilmesi
Dezavantajları:
- Piyasadaki en değerli NAND yongası olması
- Düşük kapasiteli tahliller için uygun olması
Sunucularda olduğu üzere ağır okuma/yazma gücü gerektiren alanlarda kullanımı tavsiye edilir.
MLC (Multi Level Cell) Nedir?
MLC yongalar SLC’ye nazaran daha düşük maliyetli olduğu için, birçok üretici tarafından konut kullanıcılarına yönelik eserlerde kullanılır. Hücre başına yaklaşık 10.000 okuma/yazma döngüsü ömrüne sahiptir.
Avantajları:
- Ev kullanıcıları için daha uygun maliyetli olması
- TLC yongalara nazaran daha kararlı olması
Dezavantajları:
- İş dünyasında kullanılan SLC’ler kadar kararlı ve performanslı olmaması
Oyuncular ve mesken kullanıcıları için önerilir.
TLC (Triple Level Cell) Nedir?
Hücre başına 3 bit data depolayan bu yongalar, üretimi en ucuz olanlardan biridir. En büyük dezavantajları ise işletme kullanım standartlarını karşılamayıp, yalnızca günlük kullanım için uygun olmasıdır. Hücre başına okuma/yazma döngüsü ömrünün 3.000 ile 5.000 ortasında olması beklenir.
Avantajları:
- En ucuz NAND yongası olması
Dezavantajları:
- MLC NAND belleklere nazaran hücreler daha az okuma/yazma döngü ömrüne sahip. Bu yüzden bu bellekler yalnızca günlük kullanım için uygundur.
Düşük kullanım yoğunluğunda çalışan bilgisayar ve tablet üzere aygıtlar için ülküdür.
QLC Nedir?
Quad-level cell (QLC) flash bellek yahut QLC SSD (katı hal sürücüsü), sabit disk şoförleriyle (HDD’ler) eşleşen yahut onlardan daha fazla terabayt başına maliyet sunan, kapasitesi optimize edilmiş bir NAND bellek teknolojisidir. İsminden da anlaşılacağı üzere, QLC SSD’ler hücre başına dört bit depolayarak daha yüksek kapasitelerde NVMe performansı sunar.
HLC ve OLC Konuşulmaya Başladı
Eski ismi Toshiba Memory olan Kioxia, 2019’da hücre başına 5 bit PLC (penta düzeyinde hücre) 3D NAND bellekler hakkında açıklamalar yapan birinci üreticiydi. Şirket mühendisleri artık ise hücre başına 6 bit (HLC) 3D NAND bellekler üzerinde çalıştıklarını doğruladı. Hatta hücre başına 8 bit (OLC) içeren yongaların bile mümkün olduğuna inanıyorlar.
Hücre başına birden fazla bit depolamak için NAND belleğinin o hücrede birden fazla voltaj seviyesi tutması gerekiyor. Örneğin MLC hücre başına dört, TLC ise sekiz voltaj seviyesi kullanıyor. QLC’de 16 voltaj ve PLC’de 32 voltaj seviyesi bulunuyor. Hücre başına altı bit (HLC) depolama yapmak için ise 64 voltaj düzeyi barındırmak kaide.
Nitekim bu tıp hücrelerle 3D NAND çipler geliştirmek çok meşakkatli ve birçok zorluğun üstesinden gelmek gerekiyor. Öte yandan voltajı koruyabilecek hakikat materyalleri bulmak, sıcaklıkları denetim altında tutmak ve daha birçok çalışma gerekli.
Kioxia’nın mühendisleri, HLC belleklerin olasılıklarını göstermek için mevcut 3D NAND yongalarından birini aldı ve tekrar yazma döngülerinin neden olduğu bozulmaları engellemek için sıvı nitrojen kullandı. Nihayetinde ise bir hücreden altı bitlik bilgi yazıp okumayı ve 100 dakika boyunca muteber bir formda çalıştırmayı başardılar.
Gömülü Multimedya Kartı (Embedded Multimedia Card-eMMC), geçmişte kullanılan Multimedya Kartı MMC’nin yerini alan bir depolama teknolojisi. Multimedya kartları birinci olarak 1997 yılında raflardaki yerini aldı.
İlk MP3 çalarlar ve dijital kameralar da dahil olmak üzere taşınabilir aygıtlar için bir depolama ortamı olarak kullanıldılar. Kartlar için irtibat noktaları o vakitler çoklukla bilgisayarlara yerleştirilmişti. Lakin SD kartların popülaritesi arttıkça üreticiler MMC’den biraz uzaklaşmaya başladı. Günümüzde de MMC yuvası olan bir bilgisayar bulmak pek mümkün değil.
MMC tarihin tozlu sayfalarına karışırken eMMC yongalar hayatını sürdürmeye devam ediyor. eMMC bellekler daha çok küçük boyuttaki taşınabilir aygıtlarda yayın olarak kullanılmaya devam ediyor. Entegre depolama yongalarını kimi alt segment PC’lerde, tabletlerde ve Chromebooklar’da da görmek mümkün.
eMMC çipler aygıt üzerine lehimlenirken çıkarılamayan BGA metodu kullanılıyor. Bu ortada NAND yongalara nazaran daha yavaş ve daha düşük maliyetli olduğunu ekleyelim.
Belirttiğimiz üzere, eMMC ve NAND ortasında kıymetli sürat farkları var. Gelişmiş eMMC çipler 400 MB/sn sürate, yani SATA tabanlı SSD’lere yakın suratlara çıkabiliyor. Yeni kuşak NAND yongalara sahip SSD’ler ise bugün 14.000 MB/sn’ye varan suratlara erişebiliyor.
Piyasada yer alan SSD’ler farklı NAND tiplerini kullanmakta. Üstte görebileceğiniz üzere, SLC, MLC ve TLC tipindeki 3D NAND ünitelerinin farklı özellikleri var.
