“Flash bellek” denildiğinde genellikle akıllara bilgisayarlara takılan USB bellekler gelir. Ancak “flash yongalar” neredeyse depolama kelimesinin 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 şimdi flash bellekleri birlikte inceleyelim, iki yaygın bellek türü olan NAND ve eMMC’nin arasındaki farklara bakalım.
Flash Bellek Nedir?
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 üründe bahsettiğimiz bellekler yer alıyor.
Flash belleğin iki temel özelliği var:
- Kalıcı Depolama: Tabiri caizse uçucu olmayan bellekler (DRAM gibi) verileri korumak için bir güç kaynağına ihtiyaç duymaz. Bu nedenle cihazı yeniden başlatsanız bile veriler olduğu gibi kalır. Tam tersi örnek olarak bilgisayarımızda kullandığımız RAM’leri ve ekran kartlarında yer alan VRAM’i verebiliriz. Elektrik kesildiğinde tüm veriler bu belleklerden uçar gider.
- Sınırlı Yazma Döngüsü: Çalışma şekli nedeniyle flash bellekler belirli bir süre boyunca kullanılabilir. Yongaların içinde yer alan hücreler zaman içinde yavaşça işlevini yitirir ve performans düşüşleri de olabilir.
Flaş Bellek Nasıl Çalışıyor?
Flash bellek verileri bir dizi hücrede depolar ve her hücre en az bir bit veri tutar. Hücreler bloklar halinde düzenlenir; bir blok, tanımlanabilir bir veri birimi oluşturan bitişik bir bayt kümesi olarak tanımlanır.
Bir blok, dizinin programlanabilir/silinebilir en küçük bölümüdür. Bloklar elektrik yükü ile yazılır ve her bir hücre 1 ya da 0 sayısını temsil eder.
Tüm bloklar bir arada düşünüldüğünde ortaya bir bellek çipi çıkıyor. Bu belleklerin tek başına bir işlevi yoktur, bir kontrolcü ve bir arayüz içeren PCB (baskı devre kartı) üzerine monte edilir. Ayrı bir çip olan kontrolcü de NAND bellekler kadar önemlidir.
NAND’ın kendisi ham flash bellektir ve kendi protokolünü kullanır. SD kartlar ve katı hal sürücüleri gibi NAND uygulayan tasarımlarda genellikle bir Flash Translation Layer (FTL-Flash Çeviri Katmanı) uygulamak için üstüne mikro denetleyiciler eklenir. FTL, disk kullanımınızı (örneğin USB üzerinden) anlamlı NAND işlemlerine çevirir.
SSD’nin İçinde Neler Yer Alıyor?
SSD’ler genel olarak 3 kısımdan oluşuyor:
- Birinci kısım NAND flash yongalar olarak adlandırılan ve resimde en çok alanı kaplayan bellekler. Burada verileriniz depolanıyor. NAND yongalar, verileri saklamak için elektrik bağlantısına ihtiyaç duymaz.
- DRAM, sonradan erişim için bilgileri ön bellekte tutar ve bu işlem için elektriğe ihtiyaç duyar. Ayrıca Her SSD’de DRAM yer almadığını belirtelim.
- Kontrolcü ise bilgisayarınız ile NAND yongalar arasındaki iletişimi sağlayan ana birimdir. İçerdiği firmware ile SSD’nizi yönetmeyi sağlar. Başka bir deyişle, SSD’nin yönetimi ondan sorulur.
SSD ile bire bir aynı olmasa bile diğer cihazların da çalışma mantığı çok benzerdir.
NAND Bellek Türleri
“NAND” oldukça kapsayıcı bir ifade. Bu bağlamda birçok farklı tasarım ve alt sınıf mevcut.
SLC (Single Level Cell) Nedir?
SLC yongalar, okuma ve yazma durumlarında en kararlı yanıtı verir ve çok sayıda okuma/yazma döngüsünde daha dayanıklı kalır. Bu yongalarda 90.000 ile 100.000 civarında okuma/yazma döngü ömrü beklenir. Kullanım ömrü sebebiyle iş dünyasında başarıya ulaşmıştır. Yüksek maliyeti ve düşük depolama kapasitesi nedeniyle herhangi bir ev bilgisayarında bu tarz bir NAND yongası görmeniz pek mümkün değildir.
Avantajları:
- Uzun ömürlü olması ve daha çok döngü imkanı sunması
- Daha az okuma/yazma hatası ile daha kararlı olması
- Çok geniş sıcaklık değerlerinde çalışabilmesi
Dezavantajları:
- Piyasadaki en pahalı NAND yongası olması
- Düşük kapasiteli çözümler için uygun olması
Sunucularda olduğu gibi ağır okuma/yazma gücü gerektiren alanlarda kullanımı tavsiye edilir.
MLC (Multi Level Cell) Nedir?
MLC yongalar SLC’ye göre daha düşük maliyetli olduğu için, birçok üretici tarafından ev kullanıcılarına yönelik ürünlerde kullanılır. Hücre başına yaklaşık 10.000 okuma/yazma döngüsü ömrüne sahiptir.
Avantajları:
- Ev kullanıcıları için daha uygun maliyetli olması
- TLC yongalara göre daha kararlı olması
Dezavantajları:
- İş dünyasında kullanılan SLC’ler kadar kararlı ve performanslı olmaması
Oyuncular ve ev kullanıcıları için önerilir.
TLC (Triple Level Cell) Nedir?
Hücre başına 3 bit veri depolayan bu yongalar, üretimi en ucuz olanlardan biridir. En büyük dezavantajları ise işletme kullanım standartlarını karşılamayıp, sadece günlük kullanım için uygun olmasıdır. Hücre başına okuma/yazma döngüsü ömrünün 3.000 ile 5.000 arasında olması beklenir.
Avantajları:
- En ucuz NAND yongası olması
Dezavantajları:
- MLC NAND belleklere göre hücreler daha az okuma/yazma döngü ömrüne sahip. Bu yüzden bu bellekler sadece günlük kullanım için uygundur.
Düşük kullanım yoğunluğunda çalışan bilgisayar ve tablet gibi cihazlar için idealdir.
QLC Nedir?
Quad-level cell (QLC) flash bellek veya QLC SSD (katı hal sürücüsü), sabit disk sürücüleriyle (HDD’ler) eşleşen veya onlardan daha fazla terabayt başına maliyet sunan, kapasitesi optimize edilmiş bir NAND bellek teknolojisidir. Adından da anlaşılacağı gibi, QLC SSD’ler hücre başına dört bit depolayarak daha yüksek kapasitelerde NVMe performansı sunar.
HLC ve OLC Konuşulmaya Başladı
Eski adı Toshiba Memory olan Kioxia, 2019’da hücre başına 5 bit PLC (penta seviyesinde hücre) 3D NAND bellekler hakkında açıklamalar yapan ilk üreticiydi. Şirket mühendisleri şimdi 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 düzeyi tutması gerekiyor. Örneğin MLC hücre başına dört, TLC ise sekiz voltaj düzeyi kullanıyor. QLC’de 16 voltaj ve PLC’de 32 voltaj düzeyi bulunuyor. Hücre başına altı bit (HLC) depolama yapmak için ise 64 voltaj seviyesi barındırmak şart.
Nitekim bu tür hücrelerle 3D NAND çipler geliştirmek çok meşakkatli ve birçok zorluğun üstesinden gelmek gerekiyor. Öte yandan voltajı koruyabilecek doğru malzemeleri bulmak, sıcaklıkları kontrol altında tutmak ve daha birçok çalışma gerekli.
Kioxia’nın mühendisleri, HLC belleklerin olasılıklarını göstermek için mevcut 3D NAND yongalarından birini aldı ve yeniden yazma döngülerinin neden olduğu bozulmaları engellemek için sıvı nitrojen kullandı. Nihayetinde ise bir hücreden altı bitlik veri yazıp okumayı ve 100 dakika boyunca güvenilir bir şekilde çalıştırmayı başardılar.
eMMC Bellek Nedir?
Gömülü Multimedya Kartı (Embedded Multimedia Card-eMMC), geçmişte kullanılan Multimedya Kartı MMC’nin yerini alan bir depolama teknolojisi. Multimedya kartları ilk olarak 1997 yılında raflardaki yerini aldı.
İlk MP3 çalarlar ve dijital kameralar da dahil olmak üzere taşınabilir cihazlar için bir depolama ortamı olarak kullanıldılar. Kartlar için bağlantı noktaları o zamanlar genellikle bilgisayarlara yerleştirilmişti. Ancak 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 yaşamını sürdürmeye devam ediyor. eMMC bellekler daha çok küçük boyuttaki taşınabilir cihazlarda yayın olarak kullanılmaya devam ediyor. Entegre depolama yongalarını bazı alt segment PC’lerde, tabletlerde ve Chromebooklar’da da görmek mümkün.
eMMC çipler cihaz üzerine lehimlenirken çıkarılamayan BGA yöntemi kullanılıyor. Bu arada NAND yongalara göre daha yavaş ve daha düşük maliyetli olduğunu ekleyelim.
NAND ve eMMC Hızları
Belirttiğimiz gibi, eMMC ve NAND arasında önemli hız farkları var. Gelişmiş eMMC çipler 400 MB/sn hıza, yani SATA tabanlı SSD’lere yakın hızlara çıkabiliyor. Yeni nesil NAND yongalara sahip SSD’ler ise bugün 14.000 MB/sn’ye varan hızlara erişebiliyor.
Piyasada yer alan SSD’ler farklı NAND türlerini kullanmakta. Yukarıda görebileceğiniz üzere, SLC, MLC ve TLC tipindeki 3D NAND birimlerinin farklı özellikleri var.
