एमएलसी एक प्रकार की मेमोरी सेल है जिसका उपयोग फ्लैश मेमोरी में किया जाता है. डेटा प्रति मेमोरी सेल में दो या दो से अधिक बिट्स के रूप में दर्ज किया जाता है. चूंकि वोल्टेज को "उच्च" या "निम्न" के बीच मध्यस्थ मूल्यों पर सेट किया जा सकता है, इसलिए शोर का प्रभाव आसानी से होता है. नतीजतन, सही डेटा को स्वचालित रूप से संशोधित करने और त्रुटियों को ठीक करने के लिए कार्य आवश्यक हैं. हालाँकि, एक एमएलसी में संग्रहीत किए जा सकने वाले डेटा की मात्रा एक एसएलसी में संग्रहीत किए जा सकने वाले डेटा की मात्रा से दोगुने से अधिक है. इसलिए यह प्रति बाइट कम लागत पर बड़ी भंडारण क्षमता प्रदान करता है.
इस टॉपिक में हम बात करेंगे मल्टी लेवल सेल के बारे में. मल्टी-लेवल सेल एक प्रकार की NAND फ्लैश मेमोरी है जो डेटा के प्रति सेल 1 बिट से अधिक स्टोर कर सकती है. नंद फ्लैश गैर-वाष्पशील मेमोरी का एक रूप है जो डेटा को बिना शक्ति के संग्रहीत करने की अनुमति देता है.
मल्टी-लेवल सेल फ्लैश सिंगल-लेवल सेल फ्लैश और ट्रिपल-लेवल सेल के बीच का केंद्र बिंदु है. नंद फ्लैश में लेखन चक्रों की एक सीमित मात्रा होती है. चूंकि मल्टी-लेवल सेल फ्लैश आमतौर पर सिंगल-लेवल सेल फ्लैश की तुलना में कम खर्चीला होता है, यह उपभोक्ता-आधारित इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस निर्माताओं की पसंदीदा सॉलिड-स्टेट स्टोरेज मेमोरी है.
एंटरप्राइज मल्टी-लेवल सेल ड्राइव्स को मल्टी-लेवल सेल फ्लैश के बेहतर फॉर्म के साथ अधिक संख्या में राइटिंग साइकल को हैंडल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है. उद्यमों के लिए सस्ते सॉलिड-स्टेट ड्राइव को डिजाइन करने के लिए ईएमएलसी के उपयोग की अनुमति देने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है. इन विधियों में अप्राप्य बिट त्रुटि दर को बढ़ाने के लिए एल्गोरिदम, फ्लैश ओवरप्रोविजनिंग, वियर लेवलिंग और लेखन का प्रवर्धन शामिल हैं.
मल्टी-लेवल सेल फ्लैश का एक नुकसान नंद फ्लैश मेमोरी और सिंगल-लेवल सेल की तुलना में इसकी उच्च बिट दर है. एक सेल में जितने अधिक बिट होते हैं, उतने ही कम लेखन चक्र वह संभाल सकता है, और त्रुटियों की संभावना उतनी ही अधिक होती है. सिंगल-लेवल सेल फ्लैश सर्वोत्तम गुणवत्ता की नंद मेमोरी का उपयोग करता है, प्रति सेल 1 बिट स्टोर करता है लेकिन हमेशा दो वोल्टेज राज्यों में से एक में प्रोग्राम किया जाता है, जिसे 0 और 1 के रूप में दर्शाया जाता है. केवल दो राज्यों का मतलब है कि सिंगल-लेवल सेल फ्लैश में तेजी से डेटा विश्लेषण की अनुमति मिलती है और बिट त्रुटि दर घट जाती है. चूंकि एसएलसी फ्लैश प्रति सेल कम डेटा बिट्स को स्टोर करता है, हालांकि, इसे आमतौर पर मल्टी-लेवल सेल फ्लैश की तुलना में स्टोरेज मेमोरी का अधिक महंगा रूप माना जाता है. बहु-स्तरीय सेल फ्लैश वोल्टेज राज्यों को गुणा करने की क्षमता विनिर्माण लागत को कम करती है और मोबाइल फोन, कैमरे और यूएसबी फ्लैश ड्राइव में प्रौद्योगिकी के उपयोग में वृद्धि हुई है. आमतौर पर, एमएलसी फ्लैश मेमोरी कार्ड में धीमी स्थानांतरण गति होती है और अधिक शक्ति का उपयोग करती है. एक बहु-स्तरीय सेल को चार राज्यों में विभाजित किया जाता है, जो सेल के विद्युत आवेश की डिग्री से परिभाषित होता है. एमएलसी के दो स्तर हैं, एमएलसी -3 में आठ हैं, और एमएलसी -4 में 16 हैं. कई विद्युत राज्यों को अनुमति देने से बहु-स्तरीय फ्लैश कोशिकाओं के साथ उच्च त्रुटि दर भी हो सकती है. जब एक नंद फ्लैश सेल अपनी लिखने की सीमा से अधिक हो जाता है, तो यह एक खराबी शुरू कर देगा जो डेटा को दूषित कर सकता है. इसे बनाने के लिए, विक्रेताओं ने स्मार्ट फ्लैश नियंत्रक विकसित करके समस्या को हल करने का प्रयास किया.
ट्रिपल-स्तरीय फ्लैश सेल नंद फ्लैश सीमाओं को चलाते हैं. जैसा कि शीर्षक से पता चलता है, ट्रिपल-लेवल NAND सेल में प्रति फ्लैश ड्राइव में 3 बिट डेटा होता है. NAND ट्रिपल-लेवल सेल, प्लैनर NAND की तुलना में उच्च घनत्व देने के लिए सेमीकंडक्टर प्रक्रिया की ज्यामिति में विकास का उपयोग करता है. ट्रिपल-लेवल सेल फ्लैश का नुकसान सिग्नल क्रॉसस्टॉक को डीकोड करने के लिए आवश्यक उच्च त्रुटि सुधार से उभरता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रति सेल अधिक बिट्स संसाधित होते हैं. ट्रिपल-लेवल सेल SSDs ने हाई-वॉल्यूम रीड्स का समर्थन करने के लिए एंटरप्राइज़ फ्लैश तकनीक के रूप में केवल सीमित उपस्थिति दर्ज की है.
अग्रणी फ्लैश विक्रेता बहु-स्तरीय सेल फ्लैश सीमा को तोड़ रहे हैं. 3डी नंद फ्लैश मेमोरी एक नया फ्लैश चिप डिजाइन आर्किटेक्चर है. निर्माता स्मृति कोशिकाओं की कई परतों को 3D NAND में एक ऊर्ध्वाधर संरचना में ढेर कर देते हैं. स्टैकिंग दृष्टिकोण सेल के आकार को सिकोड़ते समय होने वाले विद्युत हस्तक्षेप को समाप्त करता है. अग्रणी 3D NAND फ़्लैश उत्पादकों में Intel Corp. Samsung Hynix, SK और Western Multimedia Corp. शामिल हैं, जो तोशिबा का एक साथी है. तोशिबा-वेस्टर्न डिजिटल संबंध का भविष्य अनिश्चित है, क्योंकि पश्चिमी डिजिटल सहयोगी सैनडिस्क के साथ संघर्ष है, जो एप्पल कॉर्प, डेल टेक्नोलॉजीज रिसोर्सेज, किंग्स्टन टेक्नोलॉजी कॉर्प और सीगेट नवाचारों के गठबंधन को तोशिबा की प्रस्तावित बिक्री का विरोध कर रहा है. 64-लेयर 3D NAND सिस्टम आर्किटेक्चर के आधार पर, सैमसंग ने क्वाड-लेवल सेल फ्लैश के लिए प्रारंभिक डिज़ाइन का खुलासा किया है.
वर्तमान एसएसडी नंद फ्लैश स्टोरेज का उपयोग करते हैं, जिसका निर्माण खंड मेमोरी सेल है. ये आधार इकाइयाँ हैं जिन पर SSD में डेटा लिखा जाता है. प्रत्येक मेमोरी सेल एक निश्चित मात्रा में बिट्स को स्वीकार करता है, जो स्टोरेज डिवाइस पर 1 या 0 के रूप में पंजीकृत होते हैं.
SSD का सबसे बुनियादी प्रकार सिंगल-लेवल सेल (SLC) SSD है. SLCs प्रति मेमोरी सेल में एक बिट स्वीकार करते हैं. यह बहुत ज्यादा नहीं है, लेकिन इसके कुछ फायदे हैं. सबसे पहले, एसएलसी सबसे तेज प्रकार के एसएसडी हैं. वे अधिक टिकाऊ और कम त्रुटि-प्रवण भी हैं, इसलिए उन्हें अन्य एसएसडी की तुलना में अधिक विश्वसनीय माना जाता है. एसएलसी उद्यम वातावरण में लोकप्रिय हैं जहां डेटा हानि कम सहनीय है, और स्थायित्व महत्वपूर्ण है. एसएलसी अधिक महंगे होते हैं, और वे आम तौर पर उपभोक्ताओं के लिए उपलब्ध नहीं होते हैं. उदाहरण के लिए, मुझे अमेज़ॅन पर एक 128 जीबी उद्यम एसएलसी एसएसडी मिला, जिसकी कीमत टीएलसी नंद के साथ 1 टीबी, उपभोक्ता स्तर के एसएसडी के समान है. यदि आप एक उपभोक्ता एसएलसी एसएसडी देखते हैं, तो संभवतः प्रदर्शन में सुधार के लिए इसमें एक अलग प्रकार का नंद और एक एसएलसी कैश होता है.
मल्टी-लेवल सेल (एमएलसी) एसएसडी में "मल्टी-" विशेष रूप से सटीक नहीं है. वे प्रति सेल केवल दो बिट्स संग्रहीत करते हैं, जो बहुत "बहु-" नहीं है, लेकिन, कभी-कभी, प्रौद्योगिकी नामकरण योजनाएं हमेशा आगे की ओर नहीं दिखती हैं. एमएलसी एसएलसी की तुलना में थोड़े धीमे होते हैं क्योंकि एक सेल पर दो बिट्स लिखने में सिर्फ एक की तुलना में अधिक समय लगता है. वे स्थायित्व और विश्वसनीयता में भी एक हिट लेते हैं क्योंकि डेटा NAND फ्लैश को SLC की तुलना में अधिक बार लिखा जाता है. फिर भी, एमएलसी ठोस एसएसडी हैं. उनकी क्षमता अन्य एसएसडी प्रकारों जितनी अधिक नहीं है, लेकिन आप वहां 1 टीबी एमएलसी एसएसडी पा सकते हैं.
जैसा कि इसके नाम का तात्पर्य है, टीएलसी एसएसडी प्रत्येक सेल में तीन बिट लिखते हैं. इस लेखन में, टीएलसी एसएसडी का सबसे सामान्य प्रकार है. वे एक छोटे पैकेज में एसएलसी और एमएलसी ड्राइव की तुलना में अधिक क्षमता पैक करते हैं, लेकिन सापेक्ष गति, विश्वसनीयता और स्थायित्व का त्याग करते हैं. इसका मतलब यह नहीं है कि टीएलसी ड्राइव खराब हैं. वास्तव में, वे शायद अभी आपकी सबसे अच्छी शर्त हैं-खासकर यदि आप किसी सौदे के लिए शिकार कर रहे हैं. कम स्थायित्व की धारणा को निराश न होने दें; टीएलसी एसएसडी आमतौर पर कई सालों तक चलते हैं.
मल्टी-लेवल सेल फ्लैश सिंगल-लेवल सेल (एसएलसी) और ट्रिपल-लेवल सेल (टीएलसी) फ्लैश मेमोरी के बीच का मध्यबिंदु है. नंद फ्लैश में लिखने के चक्रों की एक सीमित संख्या होती है. चूंकि बहु-स्तरीय सेल फ्लैश आमतौर पर एसएलसी की तुलना में कम खर्चीला होता है, इसलिए यह उपभोक्ता-आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माताओं की पसंदीदा सॉलिड-स्टेट स्टोरेज मेमोरी है. एंटरप्राइज मल्टी-लेवल सेल (eMLC) ड्राइव्स को मल्टी-लेवल सेल फ्लैश के एक उन्नत रूप के साथ डिज़ाइन किया गया है जो बड़ी संख्या में राइट साइकल को समायोजित कर सकता है. सस्ती एंटरप्राइज सॉलिड-स्टेट ड्राइव (SSDs) को डिजाइन करने के लिए eMLC का उपयोग करने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है. इन तकनीकों में अप्राप्य बिट-त्रुटि दर को बढ़ावा देने के लिए एल्गोरिदम शामिल हैं, फ्लैश ओवरप्रोविजनिंग, वियर लेवलिंग और राइट एम्प्लीफिकेशन. इनमें से अधिकांश तकनीकें सॉफ्टवेयर द्वारा सक्षम हैं. ईएमएलसी के 20,000 से 30,000 धीरज स्तर की तुलना में उपभोक्ता-ग्रेड एमएलसी फ्लैश 3,000 से 10,000 लिखने का प्रोग्राम-मिटा चक्र प्रदान करता है.
सिंगल-लेवल सेल नंद फ्लैश की तुलना में मल्टी-लेवल सेल फ्लैश की कमियों में से एक इसकी उच्च बिट दर है. एक सेल में जितने अधिक बिट्स होते हैं, उतने ही कम लेखन चक्र इसे समायोजित कर सकते हैं और त्रुटियों के होने की संभावना उतनी ही अधिक होती है. सिंगल-लेवल सेल फ्लैश NAND मेमोरी के एक उच्च ग्रेड का उपयोग करता है, प्रति सेल 1 बिट संग्रहीत करता है और हमेशा दो वोल्टेज राज्यों में से एक में होता है: क्रमादेशित, 0 के रूप में दर्शाया जाता है, या मिटा दिया जाता है, जिसे 1 के रूप में दर्शाया जाता है. केवल दो राज्यों का मतलब एकल-स्तर में डेटा है सेल फ्लैश डेटा को जल्दी से व्याख्या करने में सक्षम बनाता है और बिट त्रुटियों को कम करता है. हालांकि, चूंकि एसएलसी फ्लैश प्रति सेल कम डेटा बिट्स स्टोर करता है, इसलिए इसे आमतौर पर मल्टी-लेवल सेल फ्लैश की तुलना में स्टोरेज मेमोरी का अधिक महंगा रूप माना जाता है.
मल्टी-लेवल सेल फ्लैश की क्षमता कई वोल्टेज राज्यों के लिए इसकी निर्माण लागत को कम करती है और इसने सेलफोन, डिजिटल कैमरा, हैंडहेल्ड म्यूजिक प्लेयर और यूएसबी फ्लैश ड्राइव में प्रौद्योगिकी का व्यापक उपयोग किया है. एमएलसी फ्लैश मेमोरी कार्ड आमतौर पर धीमी स्थानांतरण गति प्रदान करते हैं और अधिक बिजली की खपत करते हैं. एक बहु-स्तरीय सेल को चार राज्यों में विभाजित किया जाता है, जिसे सेल पर लागू विद्युत आवेश के स्तर द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है. MLC के दो राज्य हैं, MLC-3 में आठ राज्य हैं और MLC-4 में 16 राज्य हैं. कई विद्युत राज्यों को अनुमति देने से बहु-स्तरीय सेल फ्लैश के साथ उच्च त्रुटि दर भी हो सकती है. अपनी लेखन सीमा तक पहुँचने पर, एक नंद फ्लैश सेल विफल होना शुरू हो जाएगा, जो डेटा को दूषित कर सकता है. क्षतिपूर्ति करने के लिए, विक्रेताओं ने स्मार्ट फ्लैश नियंत्रकों को तैयार करके समस्या का समाधान करने का प्रयास किया है.
ट्रिपल-लेवल सेल फ्लैश नंद फ्लैश की सीमाओं को धक्का देता है. जैसा कि नाम से पता चलता है, ट्रिपल-लेवल सेल NAND प्रति फ्लैश मीडिया में तीन बिट डेटा संग्रहीत करता है. ट्रिपल-लेवल सेल NAND, प्लैनर NAND की तुलना में उच्च घनत्व की पेशकश करने के लिए सेमीकंडक्टर प्रक्रिया ज्यामिति में प्रगति का उपयोग करता है. ट्रिपल-लेवल सेल फ्लैश की कमी सिग्नल क्रॉसस्टॉक को समझने के लिए आवश्यक उच्च त्रुटि सुधार से उत्पन्न होती है जो प्रति सेल अधिक बिट्स संग्रहीत करने के परिणामस्वरूप होती है. आज तक, ट्रिपल-लेवल सेल एसएसडी ने एंटरप्राइज़ फ्लैश टेक्नोलॉजी के रूप में केवल सीमित उपस्थितियां की हैं, ज्यादातर उच्च मात्रा में पढ़ने के लिए. डेल ईएमसी एससी सीरीज हाइब्रिड एरे और कमिनारियो ऑल-फ्लैश एरे टीएलसी नंद-आधारित एसएसडी को शामिल करने वाले शुरुआती विक्रेता उत्पादों में से हैं.
अग्रणी फ्लैश विक्रेता बहु-स्तरीय सेल फ्लैश की सीमाओं को आगे बढ़ा रहे हैं. 3डी नंद फ्लैश मेमोरी फ्लैश चिप्स डिजाइन करने के लिए एक नया आर्किटेक्चर है. 3D NAND में, निर्माता एक लंबवत लेआउट में मेमोरी सेल की कई परतों को स्टैक करते हैं. स्टैकिंग विधि विद्युत हस्तक्षेप को कम करती है जो तब होता है जब सेल आकार सिकुड़ जाता है. 3डी नंद फ्लैश के अग्रणी उत्पादकों में इंटेल कॉर्प (माइक्रोन टेक्नोलॉजी के साथ साझेदारी में), सैमसंग, एसके हाइनिक्स इंक. और वेस्टर्न डिजिटल कॉर्प शामिल हैं, जो तोशिबा के साथ भागीदार रहे हैं. पश्चिमी डिजिटल सहायक सैनडिस्क के साथ विवाद के कारण तोशिबा-वेस्टर्न डिजिटल साझेदारी का भविष्य स्पष्ट नहीं है, जो एप्पल कॉर्प, डेल टेक्नोलॉजीज कैपिटल, किंग्स्टन टेक्नोलॉजी कॉर्प और सीगेट टेक्नोलॉजी के एक कंसोर्टियम को तोशिबा की प्रस्तावित बिक्री का विरोध कर रही है. सैमसंग ने क्वाड-लेवल सेल फ्लैश के लिए प्रारंभिक डिजाइन का खुलासा किया है, जो 64-लेयर 3डी नंद डिजाइन आर्किटेक्चर पर आधारित है. जुलाई 2017 में, वेस्टर्न डिजिटल ने मल्टी-लेवल सेल फ्लैश के लिए 64-लेयर X4 NAND आर्किटेक्चर के साथ-साथ इसकी 96-लेयर BiCS4 वर्टिकल NAND तकनीक का पूर्वावलोकन किया.
फ्लैश मेमोरी डेटा को अलग-अलग मेमोरी सेल में स्टोर करती है, जो फ्लोटिंग-गेट MOSFET ट्रांजिस्टर से बने होते हैं. परंपरागत रूप से, प्रत्येक सेल में दो संभावित अवस्थाएँ होती हैं (प्रत्येक एक वोल्टेज स्तर के साथ), प्रत्येक राज्य या तो एक या एक शून्य का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए प्रत्येक सेल में तथाकथित एकल-स्तरीय कोशिकाओं, या SLC फ्लैश मेमोरी में एक बिट डेटा संग्रहीत किया गया था. . SLC मेमोरी में उच्च लिखने की गति, कम बिजली की खपत और उच्च सेल धीरज का लाभ होता है. हालाँकि, क्योंकि SLC मेमोरी MLC मेमोरी की तुलना में प्रति सेल कम डेटा स्टोर करती है, इसलिए इसे बनाने में प्रति मेगाबाइट स्टोरेज की लागत अधिक होती है. उच्च स्थानांतरण गति और अपेक्षित लंबे जीवन के कारण, उच्च-प्रदर्शन मेमोरी कार्ड में SLC फ्लैश तकनीक का उपयोग किया जाता है. फरवरी 2016 में, एक अध्ययन प्रकाशित किया गया था जिसमें एसएलसी और एमएलसी की विश्वसनीयता के बीच व्यवहार में थोड़ा अंतर दिखाया गया था. एक सिंगल-लेवल सेल (SLC) फ्लैश मेमोरी का जीवनकाल लगभग 50,000 से 100,000 प्रोग्राम/इरेज़ साइकल हो सकता है. एक सिंगल-लेवल सेल लगभग खाली होने पर 1 और लगभग पूर्ण होने पर 0 का प्रतिनिधित्व करता है. दो संभावित अवस्थाओं के बीच अनिश्चितता का एक क्षेत्र (एक रीड मार्जिन) है, जिस पर सेल में संग्रहीत डेटा को ठीक से पढ़ा नहीं जा सकता है.
एमएलसी उपकरणों को विद्युत आवेश को ठीक से प्रबंधित करने में सक्षम होना चाहिए. अधिक विशेष रूप से, इन उपकरणों को समय के साथ सटीक रूप से चार्ज करने, सटीकता के साथ सेंस चार्ज और स्टोर चार्ज करने में सक्षम होना चाहिए. इन आवश्यकताओं को NOR आर्किटेक्चर के प्रत्येक मेमोरी सेल के गेट, सोर्स और ड्रेन से सीधे कनेक्शन द्वारा पूरा किया जाता है. प्रत्येक सेल एक एकल ट्रांजिस्टर से बना होता है जो चार्ज हेरफेर में पिनपॉइंट सटीकता को पूरा करने के लिए सीधे उपयुक्त नियंत्रण वोल्टेज से जुड़ा होता है.
मल्टी-लेवल सेल (एमएलसी) तकनीक ट्रांजिस्टर के पॉलीसिलिकॉन फ्लोटिंग गेट को विभिन्न स्तरों पर चार्ज करके प्रति मेमोरी सेल में कई बिट्स के भंडारण को सक्षम बनाती है. यह तकनीक एक विशिष्ट वोल्टेज रेंज के लिए थोड़ा पैटर्न निर्दिष्ट करके पारंपरिक फ्लैश सेल की एनालॉग प्रकृति का लाभ उठाती है. एमएलसी किसी दिए गए घनत्व के लिए सेल क्षेत्र के साथ-साथ मरने के आकार को प्रभावी ढंग से कम कर देता है. यह अंततः एक महत्वपूर्ण रूप से कम इकाई लागत-प्रति-मेगाबाइट की ओर जाता है - इस तकनीक के सबसे बड़े लाभों में से एक. आज के एमएलसी मेमोरी उत्पाद प्रति मेमोरी सेल में दो बिट स्टोर करने में सक्षम हैं (चित्र 1, बी). एमएलसी प्रौद्योगिकी पथ से पता चलता है कि एनओआर-आधारित एमएलसी प्रौद्योगिकी आसानी से तीन बिट-प्रति-सेल (चित्र 1, सी) तक मापनीय है, जो प्रति क्षेत्र घनत्व में एक और महत्वपूर्ण वृद्धि को सक्षम बनाता है. एमएलसी तकनीक में, प्रत्येक सेल में वोल्टेज को दो से अधिक स्तरों में विभाजित किया गया है. चित्रा 1 दो और तीन बिट-प्रति-सेल प्रौद्योगिकी के लिए वीटी स्तर की नियुक्ति को दर्शाता है.