Công nghệ MLC -

“Công nghệ tế bào đa cấp” – MLC (Multi-level Cell) là một trong những công nghệ cốt yếu đã hiện thực hóa việc tạo ra bộ nhớ flash dung lượng lớn hơn. Trong đó, bộ nhớ flash MLC NAND dung lượng 1 Gbit được KIOXIA ra mắt vào năm 2001 là ứng dụng đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ tế bào đa cấp MCL cho sản phẩm bộ nhớ flash NAND. 

Việc xác định “1” và “0” và hoạt động đọc/ghi dữ liệu trên bộ nhớ flash

Trong bộ nhớ flash, các dữ liệu “1” hoặc “0” được lưu trữ tùy thuộc vào dòng điện chạy trong ô nhớ hay không. Ngoài ra, điện áp cổng điều khiển ô nhớ (Vcg) càng cao thì dòng điện càng dễ chạy qua. Giới hạn dưới của điện áp cổng điều khiển mà dòng điện chạy qua được gọi là “điện áp ngưỡng”.

Số lượng electron trong màng lưu trữ điện tích càng thấp thì dòng điện càng dễ chạy qua. Vì lý do này, trong ô nhớ trong Hình 1(a), điện áp ngưỡng thấp hơn vì không có electron trong màng lưu trữ điện tích. Mặt khác, trong ô nhớ ở Hình 1 (b), điện áp ngưỡng cao hơn vì có nhiều electron trong màng lưu trữ điện tích. 

Hình 1. Điện áp ngưỡng của ô nhớ

Ở trạng thái dòng điện chạy dễ dàng, tức là trạng thái có điện áp ngưỡng thấp, dữ liệu là “1”. Ngoài ra, ở trạng thái dòng điện khó chạy qua, tức là trạng thái có điện áp ngưỡng cao, dữ liệu là “0”. Trên một chip nhớ flash thực tế, có một số lượng ô nhớ cực kỳ lớn và ngay cả khi chúng có cùng dữ liệu thì sẽ có sự khác biệt về điện áp ngưỡng cho mỗi ô nhớ, do đó, điện áp ngưỡng cho các ô nhớ “1” là được phân phối như trong Hình 2 (a). Theo cách tương tự, điện áp ngưỡng cho các ô nhớ “0” được phân bổ như trong Hình 2(b) phía dưới.

Trong quá trình đọc, điện áp cổng điều khiển ô nhớ Vcg được đặt thành điện áp đọc, nằm giữa phân bố điện áp ngưỡng cho dữ liệu “1” và phân bố điện áp ngưỡng cho dữ liệu “0”. Tại thời điểm này, trong các ô nhớ “1” dữ liệu, điện áp ngưỡng thấp hơn điện áp đọc ra, do đó dòng điện chạy qua. Trong các ô nhớ dữ liệu “0”, điện áp ngưỡng cao hơn điện áp đọc ra, do đó không có dòng điện chạy qua. 

Hình 2. Hoạt động đọc và phân phối điện áp ngưỡng của ô nhớ

Trong bộ nhớ flash, thao tác ghi có thể thay đổi điện áp ngưỡng của ô nhớ. Như được hiển thị trong Hình 3, khi thao tác ghi được lặp lại, số lượng electron trong màng lưu trữ điện tích trong ô nhớ tăng lên và điện áp ngưỡng tăng lên. 

Hình 3. Những thay đổi về điện áp ngưỡng do hoạt động ghi trong ô nhớ

Cơ chế tăng công suất thông qua công nghệ tế bào đa cấp MLC

KIOXIA cũng tăng dung lượng bộ nhớ flash bằng các phương pháp khác ngoài “đa lớp” trên BiCS FLASH. Một trong những phương pháp đó là “công nghệ tế bào đa cấp” – MLC (Multi-level Cell).

“Đa lớp” có thể tăng số lượng ô nhớ trên một đơn vị diện tích bằng cách xếp chồng chúng. Mặt khác, với “công nghệ ô đa cấp”, có thể tăng lượng dữ liệu có thể lưu trữ trong mỗi ô nhớ riêng lẻ.

Đơn vị cho lượng dữ liệu được máy tính xử lý được gọi là bit, trong đó “1 bit” biểu thị lượng dữ liệu tối thiểu có thể được biểu thị bằng số nhị phân. Trong một ô nhớ thông thường, trong đó một ô nhớ lưu trữ một bit đơn, hai mẫu “1” hoặc “0” được lưu trữ. Điều này tương ứng với “1 bit/Ô (SLC)” trong Hình 4 phía dưới.

Như được hiển thị trong Hình 3 phía trên, bằng cách chia nhỏ hơn nữa số lượng electron trong màng lưu trữ điện tích của ô nhớ, có thể tạo ra nhiều hơn ba điện áp ngưỡng phân phối. Ví dụ: nếu có thể tạo bốn phân bố điện áp ngưỡng, thì như được hiển thị trong “2 bit/Ô (MLC)” trong Hình 4, có thể biểu thị từng phân bố điện áp ngưỡng bằng sự kết hợp của “0 ” và “1”, do đó bốn mẫu “11”, “10”, “01” và “00” có thể được lưu trữ. Trong trường hợp này, có thể lưu trữ hai bit dữ liệu trong một ô nhớ. Tương tự, nếu có thể tạo ra tám phân bố điện áp ngưỡng, thì như được minh họa trong “3 bit/Ô (TLC)” trong Hình 4, có thể lưu trữ tám mẫu khác nhau và ba bit dữ liệu có thể được lưu trữ trong một ô nhớ đơn. 

1 bit/Ô (SLC): Một bit dữ liệu được lưu trữ trong một ô nhớ 

2 bit/Ô (MLC): Hai bit dữ liệu được lưu trữ trong một ô nhớ 

 Giải thích các chữ viết tắt

SLC: Ô đơn cấp, MLC: Ô đa cấp, TLC: Ô ba cấp, QLC: Ô bốn cấp

Hình 4. Công nghệ ô đa cấp cho bộ nhớ flash với 3 bit/Ô (TLC): Ba bit dữ liệu được lưu trữ trong một ô nhớ

Hơn nữa, nếu có thể tạo ra 16 phân bố điện áp ngưỡng, thì như được hiển thị trong “4 bit/Ô (QLC)” trong Hình 5, có thể lưu trữ 16 mẫu khác nhau và bốn bit dữ liệu có thể được lưu trữ trong một đơn bào. Theo cách này, khi lượng dữ liệu trong một ô nhớ là N bit, số lượng phân bố điện áp ngưỡng và số mẫu khác nhau là 2 lũy thừa của N.

Sử dụng công nghệ tế bào đa cấp (MLC) khác nhau cho các mục đích sử dụng khác nhau

Nếu số bit N là dung lượng lưu trữ trên mỗi ô nhớ trong bộ nhớ flash tăng lên bằng công nghệ ô đa cấp thì dung lượng của bộ nhớ flash có thể tăng lên và chi phí cho mỗi lượng dữ liệu có thể giảm xuống. Tuy nhiên, nếu tăng số lượng N thì cần phải phân phối giá trị ngưỡng tốt hơn. Để làm điều này, cần phải thực hiện việc ghi dữ liệu một cách chậm rãi. Ngoài ra, khi số lượng N tăng lên, khoảng cách giữa các điện áp ngưỡng sẽ hẹp hơn nên cần thực hiện tốc độ đọc chậm hơn và tuổi thọ ổ SSD sẽ ngắn hơn so với khi số lượng N nhỏ. Nói cách khác, giá trị N lớn hơn phù hợp hơn với các ứng dụng ưu tiên công suất và chi phí, còn giá trị N nhỏ hơn phù hợp hơn với các ứng dụng ưu tiên hiệu suất và tuổi thọ. Tùy chọn sử dụng các dung lượng lưu trữ bit khác nhau cho mỗi ô nhớ trong bộ nhớ flash để phù hợp với các ứng dụng sản phẩm khác nhau có ưu điểm là bộ nhớ flash được sử dụng trong đa dạng nhu cầu từ người dùng cá nhân đến doanh nghiệp.

Ngay cả khi việc ghi và đọc được thực hiện chậm, việc giảm độ rộng phân bố điện áp ngưỡng của ô nhớ cũng không phải là điều dễ dàng. Đặc biệt, để làm cho độ rộng phân bố ngưỡng ô nhớ và khoảng phân bố ngưỡng cực kỳ nhỏ như trong QLC được hiển thị trong Hình 5, độ khó kỹ thuật là rất cao và cũng cần phải thực hiện thách thức tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ. Càng nhiều càng tốt. Đối với những mục tiêu như vậy, công nghệ tế bào đa cấp ở mức độ cực cao như QLC sẽ được hiện thực hóa bằng cách kết hợp các công nghệ từ nhiều lĩnh vực như mạch điện, quy trình và công nghệ sản xuất. 

Hình 5. Đặc điểm của công nghệ tế bào đa cấp

Chip nhớ đa cấp giúp tăng dung lượng bộ nhớ gắn

Khi sử dụng công nghệ ô đa cấp được giải thích cho đến nay, có thể nhận ra dung lượng của nhiều chip bộ nhớ SLC chỉ bằng một chip bộ nhớ đa cấp. Ví dụ, như được hiển thị trong Hình 6, điều này có nghĩa là một sản phẩm trước đây cần dung lượng của hai chip bộ nhớ SLC có thể được tạo ra bằng một chip bộ nhớ MLC duy nhất. Tương tự như vậy, có thể tạo ra một sản phẩm yêu cầu dung lượng của ba chip nhớ SLC chỉ bằng một chip nhớ TLC và có thể tạo ra một sản phẩm yêu cầu bốn chip nhớ SLC bằng một chip nhớ QLC.

Khi có thể giảm số lượng chip nhớ để đạt được dung lượng tương tự, điều này có nghĩa là một số sản phẩm sẽ có thể tăng giới hạn trên cho dung lượng của chúng. Ví dụ: trong các sản phẩm có nhiều bộ phận khác nhau được lắp vào một không gian cực nhỏ, chẳng hạn như trên điện thoại thông minh hoặc thẻ nhớ, dung lượng gắn vào thường được xác định bởi không gian. Tuy nhiên, ngay cả khi không gian sẵn có như nhau, công nghệ tế bào đa cấp có thể được sử dụng để tăng gấp đôi công suất lắp đặt. 

Hình 6. Tăng dung lượng lưu trữ dữ liệu thông qua công nghệ tế bào đa cấp

KIOXIA đã phát triển công nghệ tế bào đa cấp được mô tả ở đây kể từ thời còn thuộc Toshiba. Năm 2001, KIOXIA ra mắt bộ nhớ flash MLC NAND 1 Gbit, đây là ứng dụng đầu tiên trên thế giới về công nghệ tế bào đa cấp cho sản phẩm bộ nhớ flash NAND. Tại một hội nghị học thuật quốc tế năm 2007, KIOXIA đã giới thiệu bộ nhớ flash QLC NAND 16 Gbit, ứng dụng đầu tiên trên thế giới về công nghệ QLC cho sản phẩm bộ nhớ flash NAND.

Hiện tại, công nghệ MLC và QLC đã được trang bị trên rất nhiều sản phẩm SSD của KIOXIA tạo nên những ổ SSD dung lượng đến cả chục TB, thoải mái để bạn sử dụng và có thể từ bỏ luôn những ổ HDD cũ kĩ, tốc độ “rùa bò”. Mức giá của các ổ SSD KIOXIA dung lượng cao hiện cũng đang rất tốt, không hề gây “đau ví” chút nào nên bạn cứ thoải mái lựa chọn mức dung lượng phù hợp nhất cho nhu cầu của mình nhé.

Tin mới nhất

• Giá bán SSD và HDD sắp tăng trong thời gian tới

  27-04-2024, 10:12 am

• Transcend HUB5C – Hub tốc độ 10Gbps - 2 cổng Type C tiện lợi

  26-04-2024, 11:14 am

• Sabrent bắt đầu bán SSD PCIe 5.0: Tốc độ tối đa 14 GB/s, 1TB giá 189 USD, 4TB 729 USD

  25-04-2024, 2:17 pm

• Công nghệ ổ cứng HAMR của Seagate đã có độ tin cậy ngang với PMR truyền thống

  22-04-2024, 1:54 pm

• Tăng cường sức mạnh chống ransomware bằng Synology Active Backup

  20-04-2024, 10:19 am

• Sửa lỗi USB không Format được đơn giản nhất

  19-04-2024, 11:08 am

• Logitech ra mắt chuột Bluetooth giá chỉ 275.000 đồng: Thiết kế gọn nhẹ, nhiều màu sắc, pin 12 tháng

  17-04-2024, 10:29 am

• Chip nhớ V-NAND thế hệ 9 và 10 của Samsung chuẩn bị ra mắt, mỗi chip có 430 lớp lưu trữ dữ liệu

  15-04-2024, 10:08 am