ما هو الـ NAND Flash

الـ NAND Flash  هو نوع من أنواع ذواكر التخزين الغير متطايرة على عكس الذواكر من نوع الـ DRAM المستخدمة في الذواكر العشوائية. يعتمد التركيز على استخدام تلك الشرائح في انخفاض سعرها مقارنة بذواكر الـ DRAM الى جانب قدرتها على الاحتفاظ بالبيانات وضمان استمراريتها حتى مع انقطاع التيار الكهربي عنها. مع العلم ان سرعة نقل البيانات عن طريق تلك الذواكر هو اقل من سرعة نقل البيانات لذواكر الـ DRAM الا أن المتحكمات الجديدة التي انتجت بداية من عام 2009 أظهرت تحسن كبير جدا في سرعات نقل البيانات. يختلف التصميم الذى تتكون بها شرائح الذواكر NAND Flash حيث أنها تعتمد فى تصميمها مثل التصميم المعتاد للذواكر بأنها تتكون من مصفوفة من الخلايا التى تستوعب البيانات بداخلها. تصميم الخلايا نفسها يؤثر فى العمر الافتراضي للقرص نفسه ولكنه يؤثر أيضاً فى تكلفة صنع تلك الذواكر. أنواع الخلايا التى سوف تجدها فى تلك الأقراص يعتمد على مقدار الوحدة الأصغر Bit التى تستوعبها الخلية. حيث الخلية من النوع SLC أى Single Level Cell سوف تستوعب وحدة Bit واحدة أما الخلايا من النوع MLC اختصار Multi Level Cell فإنها تستوعب اثنان من Bit وأخيرا الخلايا من النوع TLC اختصار Triple Level Cell والتى تستوعب كل خلية ثلاثة وحدات Bit. الأقراص من التصميم SLC تكون الأعلى فى الأداء و العمر الافتراضي ودورات القراءة والكتابة للذواكر ولكنها الأعلى فى تكلفة صناعتها. أما الذواكر بالتصميم TLC فإنه يكون الأرخص فى تكلفة صناعته والأقل نسبيا فى دورات القراءة والكتابة للذواكر. اشهر المعماريات المتاحة لأقراص التحزين من الحالة الصلبة SSD هي 2D NAND او كما تعرف أيضا بـ Planar NAND و 3D NAND

الفرق بين (Planar NAND (2D NAND و الـ 3D NAND

تشير كلمة 3D NAND في هذا السياق الى الطبقات المكدسة داخل الشرائح  والتي يصل عددها الى 64 طبقة ذات كثافة عالية التصنيع يمكن تشبيها بـخطوط الانابيب في حين ان المعمارية القديمة 2D NAND تأتي بتصميم أحادي الطبقات، مما يتيح لمعمارية الـ 3D NAND امتلاك ضعف الخلايا والمزيد من المساحة التخزينية. زيادة عدد الخلايا في أقراص الحالة الصلبة يعنى المزيد من القدرة الاستيعابية لها فعلى سبيل المثال ان قمنا باختبار احد الأقراص من الحالة الصلبة المقدمة من شركة ADATA بنفس السعة التخزينية احدهما يعتمد على معمارية 2D NAND في حين ان الاخر يعتمد على المعمارية الاحدث 3D NAND سنجد ان القرص الأول يقدم قدرة تحمل تقاس بـ MTBF واختصارها Mean Time Between Failures تصل الى 1.5 مليون ساعة في حين ان القرص المعتمد على معمارية الـ 3D NAND يمتلك قدرة تحمل تصل الى 2 مليون ساعة مما تقدم زيادة بنسبة تصل الى 25%. فمع زيادة تكدس الطبقات يسمح بزيادة في حجم تصميم اللوحة المطبوعة لتلك الأقراص وارتفاع استهلاك الطاقة، مما سيوفر المزيد من السعات التخزينية التي تصل الى ما يزيد عن واحد تيرا بايت مما يجعل منها منافسا اقوى عن ذي قبل للأقراص الميكانيكية او كما تعرف بالأقراص الصلبة HDD واختصارها Hard Disk Drives. اما عن السرعة للقراءة و الكتابة فبفضل تقدم تقنيات منافذ التوصيل و القدرة الاستيعابية يمكن للأقراص المعتمدة على معمارية 2D NAND ان تقدم سرعة كتابة وقراءة تصل الى 500MB في الثانية الواحدة بكل صعوبة للأقراص المقدمة من شركة ADATA ذات سعة تخزينية 512GB فى حين ان الأقراص المعتمدة على معمارية 3D NAND يمكنها الوصول الى ما 560MB في الثانية الواحدة  فما اكثر بكل سهولة أي تقدم المعمارية الأخيرة زيادة تصل الى 10% تختلف سرعات القراءة والكتابة باختلاف منافذ التوصيل وهذا ما سنراه لاحقا.

ولكن ماهو الفرق بين منافذ التوصيل المختلفة لأقراص التخزين من أقراص الحالة الصلبة؟

أقراص الحالة الصلبة التي تعمل بمنافذ SATA أو serialATA

أقراص الحالة الصلبة تتوفر مع دعم لعدد من منافذ التوصيل المختلفة ولكن ماهو الفارق بين واجهة توصيل SATA أو serialATA مقارنة بواجهة توصيل PCIe، بداية فإن منافذ توصيل SATA تعد الأقدم حيث أنها توفر سرعة إتصال مع حاسبك الشخصي، تم تصنيع هذه الواجهة لأول مرة عام 2003 وهو ما يعني أنها أكثر قدماً وأكثر إنتشاراً و سهولة من حيث التعامل كما أنها الأكثر توافقاً ونضجاً من حيث التقنية. وهو ما يعني أنك بمجرد حصولك علي قرص يعمل بواجهة توصيل SATA فإنك تستطيع العمل به علي معظم (إن لم يكن كل) الحواسيب الموجودة في الوقت الحالي، ولكن ما يعيب هذه التقنية هو جانب الأداء حيث أن الأداء الخاص مثلاً بالإصدار الثالث من التقنية SATA 3.0 وهو الأكثر إنتشاراً يعمل بسرعات نقل بيانات 6 Gb/s (750 MB/s) ولكن نتيجة لترميز البيانات عند معالجتها يحدث فقد في السرعة والذي يجعلها تصل فعلياً إلي 4.8 Gb/s (600 MB/s). أما بالنسبة للأسعار فمن الممكن القول أن أقراص الحالة الصلبة التي تعمل بمنفذ توصيل SATA تتميز بأسعارها المنخفضة مقارنة بتلك التي تعمل بمنفذ PCIe وهو ما يجعلها أكثر رغبة من قبل المستخدمين حيث أن سعرها قد تصل إلي النصف...

أقراص الحالة الصلبة التي تعمل بمنافذ PCIe

ما الذي يجعل إذاً أقراص الحالة الصلبة التي تعمل بمنافذ PCIe الأكثر رغبة ؟ الأداء بالطبع حيث أن الأقراص التي تعمل بمنافذ PCIe توفر سرعات قد تصل إلي أضعاف منافذ التوصيل الأخري، وذلك لأن واجهة توصيل Peripheral Component Interconnect Express أو PCIe يوفر إتصال مباشر مع اللوحة الأم الأكثر سرعة وذلك ما يجعل الشركات المصنعة للبطاقات الرسومية تستخدم هذا المقبس كواجهة توصيل للبطاقات الرسومية، كما أنه يستخدم أيضاً لبطاقات الشبكات العالية السرعة.. وحيث أن منافذ PCIe في إصدارها الثالث PCIe 3.0 توفر سرعة نقل بيانات عالية تصل إلي 985MB/s لكل خط قناة إتصال وحيث أن المنفذ الواحد يمكنه أن يحتوي علي حتي 16 قناة إتصال فهذا يعني سرعة نقل بيانات تصل إلي 15.76GB/s وهي سرعة كبيرة حقاً...

 

وحتي هذه اللحظة تتوفر أقراص الحالة الصلبة بعدد 2x أو 4x من قنوات الإتصال (Lane) وهو ما يعني سرعة نقل بيانات تصل إلي 3.94GB/s وهو ما يظهر جلياً عند نقل البيانات من وإلي أقراص الحالة الصلبة، أما في حالة تشغيل التطبيقات فإن واجهة توصيل PCIe أو SATAIII كلاهما سيوفر لك ما تحتاجه من السرعة العالية.. ما يعيب واجهة توصيل PCIe حقاً هو إستهلاك الطاقة المرتفع في حالة الإستخدام الكثيف والمستمر مقارنة بمنفذ توصيل SATAIII لذلك في حالة كنت تمتلك جهاز مجمول فالوضل سيختلف، شئ أخر جدير بالذكر هو أن واجهة توصيل PCIe لن تحصل علي كامل قوتها إذا كانت تستعمل واجهة التحكم البرمجية الأقدم AHCI، لذلك ستحتاج إلي واجهة التحكم البرمجية الأحدث NVMe والتي ستوفر لك زمن تأخر أقل وسرعة أعلي مع هذه الأقراص...

تحويل شركة ADATA جميع خطوط الإنتاج بالكامل لمعمارية الـ 3D NAND

بعد سرد المميزات التي تقدمها شرائح الذاكرة لأقراص الحالة الصلبة المعتمدة على معمارية 3D NAND أعلنت شركة ADATA ضمن فاعليات معرض Computex المنعقد صيف العام المنصرم 2016 عن عائلة الأقراص Ultimate.

أقراص SU800

تمتاز تلك العائلة بتوافر أقراص تخزينية من الحالة الصلبة SSD  تحمل المسمى SU800 بحجم يبدأ من 128GB الى 1.0TB حيث تعتمد في بنيتها الأساسية على ذواكر تخزين من نوع TLC المعتمدة على معمارية 3D NAND.

أقراص SU900

اما الأقراص التخزينية التي تنتمى لنفس العائلة و تحمل المسمى SU900 تأتى بالاعتماد على نفس المعمارية وهي 3D NAND لكن ذواكر من نوع MLC وذات متحكم محسن، حيث تعتبر تلك الأقراص من الفئة العليا لتلك العائلة  لتوفرها في سعات تخزينية تصل الى 2.0 TB حيث تعتبر بتلك السعة التخزينية تحقيق احد اهداف اعتماد الشركة على تلك المعمارية وهى تقديم سعات تخزينية اكبر من سابقتها.

أقراص SU700

اما عن  أقراص تلك العائلة من الفئة الاقتصادية فهي SU700 والتي تعتمد على نفس المعمارية الحديثة بذواكر من نوع TLC متاحة بسعات تخزين مختلفة  128GB، 256GB، 512GB وأخيرا 960GB.

أقراص SX8000

اما ان كنت احد المستخدمين الباحثين دائما عن اعلى أداء ممكن فستجد ان الشركة توفر لك أقراص التخزين SX8000 من الحالة الصلبة المعتمدة على ذواكر 3D MLC NAND بواجهة توصيل M.2 كل هذا لتجد ان تلك الفئة من الأقراص تقدم سرعات قراءة تصل الى 2GB في الثانية وسرعة كتابة تصل الى 1GB في الثانية للبيانات مما يعنى مرتين اسرع في الكتابة واربع مرات اسرع في القراءة من الأقراص المتعمدة على منافذ التوصيل SATA.

أقراص SX7000

اما الفئة الأقل التي تعتمد على نفس معمارية ونوعية الذواكر ومنفذ التوصيل هي SX7000 حيث تقدم تلك الأقراص سرعات قراءة تصل الى 1.8GB في الثانية وسرعات كتابة تصل الى 850MB في الثانية للبيانات… تلك العائلة من الأقراص مقدمة بصفة خاصة للأجهزة التي تقدم أداء فائق من الحوسبة ليست فقط لمن يهوى امتلاك جهاز حاسب شخصي سريع الإقلاع والتشغيل.

أقراص GAMMIX S10

أما اليوم فإن شركة ADATA تقدم لنا أحدث الحلول الخاصة بها من أقراص الحالة الصلبة اولتي تعمل بواجهة توصيل PCIe وهي أقراص GAMMIX S10 والتي أعلنت الشركة عنها لأول مرة في معرض Computex2017 واليوم تصدرها بشكل رسمي، ويقدم قرص GAMMIX S10 والذي يعمل بواجهة توصيل PCIe3x4 NVMe 1.2 وتصميم M.2 2280 SSD مفهوم جديد لأقراص الحالة الصلبة عالية الأداء حيث تصل سرعة قراءة البيانات للقرص إلي 1800MB/s وسرعة الكتابة إلي 850MB/s وذلك بالطبع بفضل تقنيات 3D NAND المتطورة التي تقدمها الشركة، بمساحات تخزينية واسعة تصل إلي 1 تيرابايت..

مشتت حرارة مميز

القرص الصلب الجديد يوفر أداء مميز ليس فقط من حيث سرعة نقل البيانات ولكن أيضاً من حيث الحرارة فالقرص يأتي بمشتت للحرارة أنيق وفعال ليوفر درجات حرارة مناسبة لأقصي ظروف العمل المختلفة حيث تصل إلي 10 درجات مئوية أقل من الأقراص الأخري ليجعل القرص مناسب لجميع المستخدمين، سواء كنت من عشاق الألعاب أو كسر السرعة أو من المستخدمين المحترفين فإن القرص الجديد سيقدم لك كل ما تريد.

كما أن القرص يأتي أيضاً بواجهة التحكم البرمجية NVMe والتي توفر توافقية أعلي مع متحكم PCIe كما أن القرص الجديد يدعم SLC Cashing و هي تقنية لذواكر الـ 3D NAND التي تسمح لشرائح الذاكرة المستخدمة في الأقراص بالتعامل مع البيانات كما تتعامل معها شرائح الذاكرة من نوع SLC والتي  تؤدى بدورها زيادة في سرعات الكتابة والقراءة لتلك الشرائح.

 

 

تدعم الأقراص أيضا تقنية DRAM Cache Buffer والتي ينتج عنه زيادة في سرعات القراءة والكتابة للضعف ويرجع السبب في ذلك اعتماد الأقراص من شركة ADATA على ذواكر الوصول العشوائي المتاحة في أجهزة الحاسب الألى حيث تصبح ذاكرة مخبئة للمهام التي تتطلب قدر عالي من التخزين.