ما المقصود بالذاكرة الوميضية؟

هناك نوعان أساسيان من تقنية الذاكرة الوميضية، لكل منهما بنيته وخوارزمياته الخاصة. بالإضافة إلى ذلك، يقدم كل وسيط تخزين مزاياه وعيوبه.

حصلت الذاكرة الوميضية NAND على اسمها من مزيج من كلمتي "NOT" و "AND". وهذه إشارة إلى البوابة المنطقية التي تتحكم في الدوائر الداخلية لخلية NAND.

عند برمجة خلية NAND، يصل تيار كهربائي إلى بوابة التحكم وتتدفق الإلكترونات إلى البوابة العائمة، ما يؤدي إلى نشوء شحنة موجبة صافية تقاطع تدفق التيار. تحافظ طبقة الأكسيد على البوابة العائمة معزولة بحيث يُحتفظ بأي إلكترونات على البوابة العائمة مع البيانات المخزنة. وهذا ما يمنح الذاكرة الوميضية القدرة على الاحتفاظ بشحنة كهربائية والاحتفاظ بالبيانات.

يعد مسح خلية NAND سريعًا نظرًا لأنها مصممة لحذف كتل كاملة من البيانات. مرة أخرى، تُطبق شحنة كهربائية على خلية الذاكرة، وهذا يؤدي إلى تصريف الإلكترونات (والبيانات) التي كانت محتجزة داخل البوابة العائمة إلى طبقة عزل سفلية في الشريحة. ويؤدي هذا إلى محو خلية الذاكرة بشكل فعال.

إن إنتاج شرائح الذاكرة الوميضية NAND ليس بالأمر البسيط أو السريع.¹ وتشير التقديرات إلى أن هناك أكثر من 800 عملية تصنيع متميزة، بالإضافة إلى حوالي شهر واحد لإنشاء "شريحة" واحدة من شرائح NAND التي عادةً ما تكون بحجم بيتزا متوسطة الحجم بقطر 12 بوصة. تُقطع شرائح NAND الفردية—بحجم ظفر الإنسان تقريبًا—من هذه الشرائح وتُصنف وفقًا لجودة الشريحة وفائدتها الإجمالية.

تقدم شرائح NAND العديد من المزايا. بالنسبة للمبتدئين، لا تحتوي شرائح NAND على أجزاء متحركة، ما يجعلها أكثر قوة وقدرة على التشغيل حتى عند تحمل الصدمات الميكانيكية أو درجات حرارة التشغيل المفرطة أو الضغط العالي. ومن هذه الناحية، نجد أن تشغيل شريحة NAND يقدم الأداء الجيد نفسه الذي تقدمه محركات الأقراص الصلبة (HDD)، والمعروف أنها أكثر عرضة للاهتزاز.

من ناحية أخرى، فإن استخدام NAND له أيضًا عيوب. ومن أبرز هذه العيوب أن وسيط التخزين هذا ليس مفتوحًا بحيث يسمح بعدد لا نهائي من عمليات إعادة الكتابة على الذاكرة. لا يمكن إعادة كتابة شرائح NAND إلا لعدد معين من المرات، ما يحد من فائدتها المتواصلة.

وعلاوة على ذلك، تخضع الذاكرة الوميضية NAND لنفس القيود التي تخضع لها الأنظمة أو الأجهزة الأخرى، أي أن المؤسسات تفيض بالبيانات وكان على خلايا ذاكرة NAND مواكبة ذلك من خلال هندسة أشكال جديدة من خلايا الذاكرة. بدأ الأمر بذاكرة الخلية أحادية المستوى (SLC) وتخزين بت واحد لكل خلية ومستويين من الشحنات، وقد تطور هذا مع مرور الوقت، ما أدى إلى صنع خلايا متعددة المستويات (MLCs) وخلايا ثلاثية المستويات (TLCs) وحتى خلايا رباعية المستويات (QLC).

على غرار نظيرتها NAND، فإن اسم الذاكرة الوميضية NOR هو مزيج من كلمتين: "NOT" و "OR"——في إشارة إلى نوع البوابة المنطقية التي تتحكم في الدوائر الداخلية لخلية NOR.

في الذاكرة الوميضية NOR، تتصل خلايا الذاكرة بالتوازي مع خطوط البت. وهذا يسمح بقراءتها وبرمجتها بشكل فردي. ويتصل أحد طرفي كل خلية ذاكرة بالأرض، والطرف الآخر متصل بخط بت.

تتمثل المزايا الرئيسية لبوابات NOR في سرعة القراءة والعدد الكبير من عمليات إعادة الكتابة الممكنة وقدرتها على استيعاب بيانات الوصول العشوائي. وهذا يجعل بوابات NOR مثالية للاستخدام في أنظمة إشارات المرور البلدية والأتمتة الصناعية وأنظمة الإنذار وتصميم الدوائر الرقمية والأجهزة الإلكترونية. الميزة الرئيسية الأخرى لذاكرة NOR هي حقيقة أن أجهزة NOR يمكنها التعامل مع كل من تخزين البيانات وتنفيذ الرموز بجهاز واحد عند استخدام ذاكرة NOR.

فيما يتعلق بعيوبها، تستخدم الذاكرة الوميضية NOR حجم خلية أكبر. وينتج عن ذلك سرعات كتابة ومسح أبطأ من الذاكرة الوميضية NAND،

تابع القراءة لمعرفة المزيد من الاختلافات بين نوعي الذاكرة الوميضية.

يتمثل أحد الاختلافات الرئيسية في التصميم بين تقنية ذاكرة NAND وتقنية ذاكرة NOR في طريقة توزيع خلايا الذاكرة داخل أشباه الموصلات. في شرائح NAND، تُرتب هذه الخلايا عموديًا. أما في شرائح NOR، تُرتب خلايا الذاكرة أفقيًا. وهذا الاختلاف في التصميم يجعل أنظمة الذاكرة هذه تعمل بشكل مختلف، بمعدلات سرعة وأداء مختلفة.

عادةً ما تُظهر تقنيات NAND معدلات أوقات انتقال تتراوح بين 80 ميكروثانية و120 ميكروثانية، في حين أن معدلات أوقات الانتقال في ذاكرة NOR (محتوى الرابط موجود خارج موقع ibm.com) تتراوح بين 160 نانوثانية و210 نانوثانية—ما يدل على أن الذاكرة الوميضية NOR تتميز بأوقات انتقال أقل.

غالبًا ما يُقدر العمر الافتراضي النموذجي للذاكرة الوميضية NAND بما يتراوح بين ثلاث وخمس سنوات. وفي تناقض شديد، يمكن أن تتراوح التقديرات حول العمر الافتراضي للذاكرة الوميضية NOR بين 20 عامًا إلى 100 عام (أو أكثر).

هناك مجال آخر للاختلاف بين تقنيتي NAND وNOR يتضمن كمية الكهرباء التي تتطلبها كل منهما. ومع ذلك، فإن استهلاك الطاقة المستخدم من كل منهما يتضمن تنازلات. على سبيل المثال، تستخدم NAND طاقة أقل في أثناء إجراءات بدء التشغيل ولكنها تستخدم طاقة أكبر عندما تكون في وضع الاستعداد. وهذا يختلف تمامًا مع NOR التي تستهلك تيارًا كهربائيًا أكبر عند تشغيلها لأول مرة، ولكنها تستهلك طاقة أقل في وضع الاستعداد.

إن كمية الطاقة التي يستهلكها كل منهما في أثناء "العمل" الذي يؤديه كل منهما متقاربة تقريبًا، على الرغم من أن هذا القياس يخضع لمعدل الذاكرة التي يستخدمها كل منهما، وهذا يعتمد على الأنشطة التي تؤديها كل تقنية. تتخصص NOR في القراءة السريعة للبيانات وتستهلك طاقة أقل عند فعل ذلك. وعند كتابة البيانات ومسحها، تستهلك NAND طاقة أقل من NOR.

تجدر الإشارة هنا إلى أنه لا يمكن للذاكرة الوميضية NAND أو الذاكرة الوميضية NOR الاقتراب من سرعات المعالجة التي تحققها أشكال الذاكرة الأخرى بشكل روتيني. وغالبًا ما يُعتقد أن ذاكرة التخزين المؤقت هي أسرع ذاكرة على الإطلاق، بحكم موقعها بين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بالكمبيوتر.

علاوة على ذلك، لا توجد إجابة قاطعة لما إذا كانت ذاكرة NAND أسرع من NOR، أو العكس. فالأمر يعتمد على الاستخدام المباشر الذي يشاركون فيه. إذا كانت المقارنة تعتمد على القراءات السريعة، فإن NOR أسرع. أما إذا كانت المقارنة تعتمد على تنفيذ المهام وإدارة البيانات، فإن NAND أسرع.

لا تستطيع NAND أو NOR مجاراة ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، وهي شكل فريد من ذاكرة الوصول العشوائي التي تحقق سرعات عالية الأداء تصل إلى 100 مرة أسرع من NAND وتوفر تخزين ملفات مؤقتًا في أثناء تشغيل التطبيقات أو البرامج. (ومع ذلك، تجدر الإشارة أيضًا إلى أن ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية هي شكل متقلب من الذاكرة، ما يعني أن فائدتها الأكبر هي في مساعدة المعالجة التي تحدث في الوقت الحالي، حيث إنه بمجرد إيقاف تشغيل الطاقة الداعمة لها أو فقدانها، تفقد ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية أي بيانات كانت تعمل بها).

في فارق رئيسي آخر، توفر الذاكرة الوميضية NAND سعة تخزين أكبر بكثير من ذاكرة NOR التي تتوفر عادةً بزيادات في الذاكرة تتراوح بين 64 ميغابايت و2 غيغابايت، بينما تتراوح سعة تخزين ذاكرة NAND من 1 غيغابايت إلى 16 غيغابايت—ما يجعل سعة التخزين القصوى لذاكرة NAND أكبر 8 مرات من سعة ذاكرة NOR القصوى.

هناك اختلافات رئيسية أخرى بين NAND وNOR، بناءً على الأغراض التي تُستخدم فيها كل منهما. غالبًا ما يُقترح أن NAND أكثر ملاءمة لإجراء عمليات "متعمقة" مثل عمليات إعادة الكتابة ومسح كتل البيانات، بينما تتفوق NOR في عمليات البحث السريع عن البيانات الأقل تعقيدًا.