NAND-Flash bezeichnet einen Typ von Flash-Speicher, der in der sogenannten NAND-Technik gefertigt ist. Hierbei sind die Einzel-Speicherzellen seriell verschaltet, was an die serielle Anordnung der Transistoren in einem NMOS-NAND-Gatter erinnert. NAND-Flash-Speicher haben eine hohe Verbreitung erfahren und werden zum Beispiel in SD-Karten und in Solid-State-Drives verwendet. Die Fähigkeit, Informationen zu konservieren, selbst wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird, prädestiniert NAND dazu, eine ausgezeichnete Wahl für sowohl interne als auch externe und mobile Geräte zu sein.
Auf dem Markt gibt es diverse Varianten von NAND. Einfach ausgedrückt unterscheiden sie sich darin, wie viele Bits sie pro Zelle speichern können. Diese Bits repräsentieren elektrische Ladungen, die lediglich zwei Werte annehmen können: entweder 0 oder 1, also Ein oder Aus.
Die maßgeblichen Unterschiede zwischen den verschiedenen NAND-Typen betreffen ihre Kosten, Speicherkapazität und Lebensdauer. Die Lebensdauer eines solchen Speichers hängt von der Anzahl der sogenannten Programmier-Lösch-Zyklen (P/E) ab, die eine einzelne Flash-Speicherzelle durchlaufen kann, bevor sie abgenutzt ist. Je mehr dieser Zyklen von der jeweiligen NAND-Technologie unterstützt werden, desto robuster ist das gesamte Gerät.
NAND-Flash-Speicher bestehen aus SLC, MLC, TLC und 3D NAND Zellen.
SLC NAND
✅ Höchste Lebensdauer ❌ Teuer und geringe Kapazitäten
Single-Level-Cell (SLC) NAND speichert nur 1 Bit an Informationen pro Zelle. Die Zelle speichert entweder eine 0 oder eine 1 und dadurch können die Daten schneller geschrieben und abgerufen werden. SLC bietet die beste Leistung und die höchste Ausdauer mit 100.000 P/E-Zyklen und damit eine längere Lebensdauer als die anderen NAND-Typen. Aufgrund der geringen Datendichte ist SLC jedoch der teuerste NAND-Typ und wird daher selten in Verbraucherprodukten eingesetzt. Typischerweise wird dieser Typ für Server und andere industrielle Anwendungen verwendet, die Geschwindigkeit und Ausdauer erfordern.
MLC NAND
✅ Billiger als SLC ❌ Langsamer und geringere Lebensdauer als SLC
Multi-Level-Cell (MLC) NAND speichert mehrere Bits pro Zelle, obwohl der Begriff MLC typischerweise mit 2 Bits pro Zelle gleichgesetzt wird. MLC verfügt über eine höhere Datendichte als SLC und kann daher mit größeren Speicherkapazitäten produziert werden. MLC bietet eine gute Kombination aus Preis, Leistung und Lebensdauer. Allerdings ist MLC mit 10.000 P/E-Zyklen empfindlicher gegenüber Datenfehlern und bietet daher im Vergleich zu SLC eine geringere Lebensdauer. MLC wird in der Regel in Endkundenprodukten eingesetzt, bei denen die Lebensdauer nicht so wichtig ist.
TLC NAND
✅ Preisgünstig und hohe Kapazitäten ❌ Niedrige Lebensdauer
Triple-Level-Cell (TLC) NAND speichert 3 Bits pro Zelle. Durch Hinzufügen von mehr Bits pro Zelle werden die Kosten gesenkt und die Speicherkapazität erhöht. Dies hat jedoch negative Auswirkungen auf die Leistung und die Lebensdauer, mit nur 3.000 P/E-Zyklen. Viele Endkundenprodukte nutzen TLC, da es die billigste Option ist.
QLC NAND
✅ Preisgünstigster Typ und hohe Kapazitäten ❌ Niedrigste Lebensdauer
Quad-Level Cell (QLC) ermöglicht die Speicherung von bis zu vier Bits pro Speicherzelle
3D NAND
In den letzten zehn Jahren war 3D NAND eine der größten Innovationen auf dem Flash-Markt. Die Flash-Hersteller entwickelten 3D NAND, um Probleme zu beheben, die bei der Verkleinerung von 2D NAND aufgetreten sind, um höhere Speicherdichten bei niedrigeren Kosten zu erreichen. Bei 2D NAND sind die datenspeichernden Zellen horizontal nebeneinander angeordnet. Das bedeutet, dass die Fläche, auf der die Zellen platziert werden können, begrenzt ist und der Versuch, die Zellen zu verkleinern, ihre Zuverlässigkeit verringert.
Daher beschlossen die NAND-Hersteller, die Zellen in einer anderen Dimension zu stapeln, was zu 3D NAND führte, bei dem die Zellen vertikal gestapelt sind. Die höhere Speicherdichte ermöglicht höhere Speicherkapazitäten ohne großen Preisanstieg. 3D NAND bietet außerdem eine längere Lebensdauer und einen geringeren Stromverbrauch.