nand写入中 NAND中是不是可以实现存内计算

发布时间 : 2025-01-19

作者 : 小编

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NAND中是不是可以实现存内计算

如果NAND flash是一个SLC，一个控制门存0或者1，那么如果能够连续的对它进行编程，那么就类似于存内计算吗？

SLC闪存中的存内计算

在SLC闪存中，每个存储单元（cell）只能存储1位信息，即“0”或“1”。这使得SLC闪存具有较高的写入和读取速度以及较长的寿命。

存内计算的概念

存内计算（In-Memory Computing）是一种通过在存储单元内直接执行计算任务的技术，旨在减少数据传输的延迟和能耗。以下是几个与SLC闪存相关的存内计算操作的例子：

逻辑操作 ：

通过对存储单元进行编程操作，可以执行基本的逻辑操作，例如AND、OR、XOR等。例如，两个存储单元可以通过连续的编程和读取操作来执行XOR操作。

多次编程 ：

在编程过程中，可以通过调整编程电压和脉冲来实现对存储单元状态的精细控制。多次编程可以用来模拟和执行一些复杂的计算任务。

计算操作 ：

在存储单元中直接进行加法、减法、乘法等操作，利用存储单元的物理特性和编程机制来执行计算。

连续编程操作

连续编程指的是多次对同一存储单元进行编程操作，通过精细控制电压和脉冲来实现特定的计算任务。这类似于逐步逼近的过程，逐渐改变存储单元的状态以达到所需的计算结果。

示例：XOR操作

假设我们有两个SLC存储单元A和B，要在它们之间执行XOR操作并将结果存储在另一个单元C中：

初始状态 ：读取A和B的状态。编程操作 ：根据A和B的状态，对C进行编程。例如，如果A和B的状态相同（都是0或都是1），则将C编程为0；如果A和B的状态不同，则将C编程为1。结果存储 ：C的状态即为A XOR B的结果。

优势和挑战

优势：

减少延迟 ：通过在存储单元内直接进行计算，减少了数据在处理器和存储器之间传输的延迟。降低能耗 ：减少了数据移动的能耗，提高了系统效率。

挑战：

精度控制 ：多次编程需要精细控制电压和时间脉冲，确保计算结果的准确性。电路复杂性 ：需要额外的控制电路和算法来管理存内计算操作。可靠性 ：多次编程可能影响存储单元的可靠性和寿命，需要平衡计算操作和存储单元的耐用性。

结论

通过连续编程SLC闪存，可以实现类似于存内计算的操作。这种技术在减少延迟和能耗方面具有显著优势，但同时也面临精度控制、电路复杂性和可靠性等挑战。尽管如此，存内计算在数据密集型应用中展现了巨大的潜力，有望在未来得到广泛应用。

写入不掉速！比SLC还要快的X-NAND QLC闪存究竟怎么做到的？

从SLC、MLC一路发展到TLC和QLC，NAND闪存的写入性能正以肉眼可见的速度快速降低。如果不是有SLC缓存遮羞，固态硬盘的写入速度恐怕要比几年前4倍甚至更多。

固态硬盘在变得便宜的同时，读写速度也在不断恶化，对于追求高性能的玩家来说很难接受。硅谷企业NEO Semiconductor研发的X-NAND技术或将成为NAND闪存的大救星：它理论上可以让QLC闪存比现有的SLC更快，同时还能保持低价。唯一的差别是，X-NAND无法提升闪存写入寿命。

增加Plane提高并发：

QLC自身的写入速度大约只有SLC闪存的1/8左右，提高数据读写的并发度是改善闪存性能的主要方向。目前3D NAND闪存已开始从2 Plane设计向4 Plane设计转变。

铠侠的XL-Flash超低延迟闪存为了提高性能更是采用了16 Plane等设计。不过要将16 Plane设计普遍应用到3D闪存中却并不经济：Page Buffer的数量会同步提升，并导致闪存芯片面积急剧增大，进而让闪存的制造成本上升。这也是XL-Flash只能专注于高性能存储而难以惠及消费级SSD的原因。

NEO Semiconductor更改了NAND闪存的设计，将Page Buffers容量降低到1KB来避免16 Plane设计在成本的增加。

X-NAND理论上可将闪存读写速度提高16倍，同时由于位线长度和电容的降低，随机读取速度以及写入验证速度也将大大提高。

按照NEO Semiconductor公开的数据，X-NAND技术可令QLC闪存的随机读写性能提高3倍、顺序读取速度提高27倍、顺序写入速度提高14倍。

提升之后的X-NAND QLC将比当前SLC闪存的顺序读写速度更快一些，但随机读写性能依然落后于真正的SLC闪存。不过，X-NAND技术同样可以用于SLC闪存，让SLC变得比现在更快。

加速鸡血永不停的奥秘：

回到大家最关心的“写入不掉速”问题上来。NEO Semiconductor承诺让QLC闪存可以始终以SLC缓存的速度进行写入，而不会出现缓存用完、速度暴跌。相信很多朋友和小编一样，怀疑这是不是真的。

NEO Semiconductor在最新的白皮书中解释了其中的原理。X-NAND充分发挥了Plane数量增加的红利，让不同分组的闪存交替以SLC写入、QLC释放和闪存擦除三种模式循环工作。

根据NEO Semiconductor的数据，32 Page的数据连续写入到8个Plane耗时6400μs，而将这些数据读取后并发写入到QLC Page所需的时间大约也是6400μs，这么一来一去，就可以保障数据可以始终保持全速写入而不发生掉速。

小容量设备的福音：

X-NAND的一个重要优势是它可以普惠众生，而不仅仅是面向昂贵的高端企业级SSD。

Plane数量的增加使得闪存并发存取性能提升，小容量的闪存也能提供可观的读写速度（特别是写入速度）。在外部接口（SATA/PCIe）总带宽固定的情况下，闪存性能的提升还可以降低对主控闪存通道数量的需求，进而降低SSD主控的成本。

灵活多变，满足每个人的需求：

每个人对存储性能的需求是不同的。硬件发烧友和电竞玩家追求极致性能，普通家用倾向于均衡的性能和成本，办公和教育市场可能更喜欢够用就好的高性价比SSD。X-NAND的Plane数量并非固定在16个，减少Plane数量意味着闪存芯片成本的降低，可以制造出速度相对不那么快、但价格更低的闪存。

NEO Semiconductor在去年的FMS闪存峰会上首次公开X-NAND，目前它们已经获得了相关技术专利，但它们不会自己利用这些技术进行闪存生产。所以我们什么时候能够实际体验到上述新技术优势，在一定程度上取决于世界主要闪存制造商会不会向NEO Semiconductor购买专利授权，或者它们自己是否已经有了类似的专利储备，并最终将其量产。总的来说，NAND闪存的发展前景是光明的，我们无需担心写入速度一步步向着HDD水平滑落而没有选择。