حافظه‌های فلش و انواع مختلف آن

چندی است که فلش به موضوعی داغ در بازار محصولات گروه حافظه بدل شده است چراکه سرعت خواندن و نوشتن داده را تا صدها برابر بیشتر از دیسک‌های چرخشی در داخل هارد درایوها افزایش می دهد. اما انواع مختلف حافظه‌های فلش چه تفاوتی با یکدیگر دارند و هر یک برای استفاده در چه بخش‌هایی مناسب هستند؟

مبانی SSDهای مبتنی بر فلش
حافظه‌های فلش به خاطر فقدان قسمت‌های متحرک، مزایای متعددی نسبت به HDDهای الکترومغناطیسی دارند. HDDها دارای صفحات و هدهای مغناطیسی چرخنده هستند که در حین خواندن و رایت کردن روی آن صفحات حرکت می‌کنند. همین حرکت قطعات داخلی هم وجه تمایز مهم HDDها با حافظه‌های مبتنی بر فلش است.
حافظه‌های فلش همانگونه که گفته شد فاقد هرگونه قطعه داخلی متحرک هستند و عملیات خواندن و رایت داده‌ها را مستقیما روی ترانزیستورها یا همان سلول‌های موجود در چیپ‌های فلش انجام می‌دهند. اگر بخواهیم به صورت ساده توضیح دهیم قطع و وصل شدن جریان برق است که داده‌ها را به صورت 0 و 1 در می‌آورد و این صفر و یک ها هم در واقع همان اجزای سازنده ذخیره‌سازی داده در فلش هستند.
اما پاشنه آشیل یا همان نقطه ضعف حافظه‌های مبتنی بر فلش همینجاست. هد موجود در HDDها، صفر و یک‌های مغناطیسی را حرکت می‌دهد تا موقعیت واحدهای اصلی ذخیره‌سازی خود را تغییر دهد و در آن سطح عملیاتی تفاوتی میان فرایند خواندن و نوشتن وجود ندارد.
اما زمانی که حرف از فرایند رایت در حافظه‌های مبتنی بر فلش می‌شود، موضوع تا حدودی متفاوت است زیرا در اینگونه حافظه‌ها برای رایت شدن اطلاعات جدید نخست لازم است که اطلاعات قبلی کاملا پاک شوند و هر زمان که این فرایند تکرار می‌شود کیفیت چیپ‌های داخلی پایین آمده و عمر آن کمتر می‌شود.

حافظه های فلش سه نوع اصلی دارند که در اینجا به ذکر توضیحاتی مختصر پیرامون هر یک خواهیم پرداخت:
SLC: حافظه‌های تک لایه یا Single level نوع خاصی از حافظه‌های فلش هستند که برای هر بیت یک سلول دارند و عملکرد آن نسبت به سایر مدل‌های این محصول ساده‌تر است. همانگونه که گفته شد در این حافظه‌ها بابت هر بیت یک سلول وجود دارد و همین مسأله باعث افزایش دوام و اطمینان‌پذیری اینگونه حافظه‌ها می‌شود زیرا در حین انجام عملیات‌های مختلف، لزومی ندارد که میان‌افزار با سطوح مختلف داده در داخل سلول‌ها ارتباط برقرار کند. این نوع از سلول‌ها تا 100 هزار مرتبه فرایند پاکسازی و رایت داده دوام می‌آورند و زمان مورد نیاز برای پاکسازی داده روی آنها برابر با 1 تا 2.5 هزارم ثانیه خواهد بود.
درایوهای SSD ساخته شده با استفاده از حافظه‌های SLC همچنین گران‌ترین نوع این حافظه‌ها هستند و میزان ورودی و خروجی داده در هر ثانیه را به چندین میلیون بیت می‌رسانند. در حال حاضر از این نوع حافظه‌ها در فرایندهایی استفاده می‌شود که به حافظه‌های با عملکرد بالا نیاز دارند و قیمت نیز فاکتور چندان مهمی درانتخاب آنها محسوب نمی‌شود و از آن جمله می توان به  معاملات بخش مالی سازمان‌ها اشاره نمود.
با توجه به مطالب ذکر شده در رابطه با این نوع حافظه‌ها  به نظر می‌رسد که اغلب تأمین کنندگان حافظه انواع MLC و مدل‌های مختلف آن را به نوع SLC ترجیح می‌دهند. حافظه‌های MLC دو ایراد مهم دارند نخست آنکه سرعت‌شان پایین‌تر است و دیگر اینکه زودتر دچار افت کیفیت می‌شوند.

MLC و eMLC
سلول‌های چند سطحی (Multi-level cell) همانگونه که از نامشان پیداست چندین بیت را در یک سلول ذخیره می‌کنند. به همین دلیل میزان فرسودگی آنها در حین عملیات رایت به مراتب بیشتر خواهد بود. در این نوع حافظه‌ها داده با استفاده از ولتاژ‌های مختلف در یک سلول ذخیره می‌شود و این به معنای پیچیدگی بیشتر و به طور مشخص تصحیح خطای بهتر در نرم‌افزار کنترلی است.
به همین دلیل می‌توان گفت که حافظه‌های MLC نسبت به انواع SLC کندتر هستند و با سرعت بیشتری فرسوده می‌شوند. از این نوع حافظه‌ها بیشتر در محصولات مصرفی نظیر تلفن و دوربین استفاده می‌شود. با این همه تولیدکنندگان فلش تلاش‌های بسیاری را برای از میان برداشتن برخی از محدودیت‌های این نوع حافظه‌ها انجام داده‌اند و برای نمونه تکنیک‌های مختلفی را برای کم کردن میزان فرسودگی سلول‌ها ارائه کرده اند که به ساخت مدل‌های سازمانی این نوع از حافظه با نام eMLC ختم شده است. علاوه بر این گفته می‌شود که در صورت استفاده از کنترلر مناسب برخی دیگر از محدودیت‌های این نوع حافظه‌ها از بین می‌رود، با این حال، برخی از تولیدکنندگان چیپ هر دو مدل آن یعنی MLC و eMLC را می‌فروشند که هر یک مشخصات عملکردی متفاوتی دارند.
در حال حاضر از انواع eMLC بیشتر در محصولات ذخیره‌سازی سازمانی استفاده می‌شود که نرخ IOPS یا بیت ورودی و خروجی آنها در هر ثانیه به صدها هزار می‌رسد. از این نوع حافظه‌ها نیز معمولا در سرورهای مجازی و به طور مشخص عملیات‌های مربوط به دسکتاپ‌های مجازی استفاده می‌شود. این سلول‌ها بین 3000 تا 15000 مرتبه فرایند پاکسازی و رایت دوام می‌آورند و زمان مورد نیاز برای پاکسازی اطلاعات ذخیره شده روی آنها برابر با 2.5 الی 3.5 هزارم ثانیه است.

 TLC
سلو‌های سه سطحی (triple-level cell) جدیدترین نوع حافظه‌های فلش هستند و در حال حاضر نیز شرکت‌های متعددی روی تولید آنها کار می کنند که از آن جمله می‌توان به محصولات بخش تولید نیمه‌رسانای سامسونگ اشاره نمود که در اواخر سال 2012 وارد بازار شد. همانگونه که از نام این محصول بر می‌آید در این نوع حافظه‌ها، سه بیت در هر سلول گنجانده می‌شود و در نتیجه سطح فرسودگی آن نیز بالاتر است. از این رو چنانچه داده‌های شما از نوع ایستا یا استاتیک هستند و فرایندهای خواندن و رایت به دفعات کمتری روی آنها انجام می‌شود، این نوع از حافظه بهترین انتخاب برای شما خواهد بود. گفتنی است که بین 1000 تا 5000 مرتبه می‌توان داده‌های ذخیره‌ شده روی این درایوها را پاکسازی و مجددا رایت کرد و زمان مورد نیاز برای پاکسازی داده روی آنها برابر با 4 الی 5 هزارم ثانیه است.
نخستین نکته مهم در انتخاب انواع مختلف حافظه‌های فلش میزان داده‌ای است که قصد دارید به صورت روزانه روی هر درایو رایت کنید و همچنین مدت زمانی که می‌خواهید SSD شما دوام بیاورد چراکه بسته به تعداد دفعات پاکسازی و رایت داده روی هارد عمر آن می‌تواند متغیر باشد.
به ندرت پیش می‌آید که کاربری بخواهد برای مدت زمانی بیشتر از 5 تا 10 سال درایو SSD خود را نگه دارد و به همین دلیل قیمت انواع SLC همچنان بالا مانده و ظرفیت ذخیره‌سازی آنها نیز تغییری پیدا نکرده است و به همین دلیل اغلب کاربران SSDهای مبتنی بر حافظه‌های فلش MLC یا TLC را ترجیح می‌دهند.