Компания Micron анонсировала 232-слойную NAND-память нового поколения в преддверии саммита по флэш-памяти, который состоится на следующей неделе в Калифорнии. 232-слойная NAND обладает самой высокой в отрасли скоростью ввода-вывода NAND 2,4 Гб/с и самой высокой плотностью NAND в мире. Плотность трехслойных ячеек флэш-памяти (TLC) составляет 14,6 Гб/мм2, что на 35%-100% больше, чем у конкурирующих TLC-продуктов.

Новая NAND от Micron отличается самым высоким количеством слоев, наибольшим количеством бит на квадратный миллиметр и самой высокой скоростью ввода/вывода. Она создана на основе предыдущей 176-слойной NAND компании Micron, а новая 232-слойная NAND хорошо подходит для целого ряда приложений, включая потребительские товары, мобильные устройства и многое другое. Устройство обещает на 100% более высокую пропускную способность записи, более чем на 75% более высокую пропускную способность чтения и 50% увеличение скорости передачи данных до 2,4 ГБ/с (шина ONFI). Эта производительность обеспечивается в корпусе меньших размеров (на 28%). Поскольку 232-слойная NAND на 28% меньше своей предшественницы, она хорошо подходит для тонких и легких ноутбуков. Аналогичным образом, новая NAND может использоваться в мобильных устройствах с ограниченным пространством и экономным энергопотреблением. Новая 232-слойная 3D NAND уже поставляется на некоторые твердотельные накопители марки Crucial, а дополнительные продукты на основе этой технологии появятся позднее в этом году.

NAND 232L состоит из пары 116-слойных дек. Это первый случай, когда Micron когда-либо производила одну деку с более чем 100 слоями. Благодаря большему количеству дек и большей плотности, NAND 232L является первой TLC-матрицей компании Micron емкостью 1 Тбит. Это означает, что Micron может производить чипы емкостью 2 ТБ, укладывая в стопку сразу 16 матриц 232L.

Создание новой флэш-памяти 3D NAND не так легко и это не простое добавление дополнительных слоев. Micron пишет: «Эти устройства могут быть сложными в изготовлении, требуя многих сотен отдельных процессов, чтобы превратить необработанную пластину в готовые матрицы или чипы». Наиболее сложной частью процесса является укладка слоев на большую высоту при сохранении однородности.

232-слойная NAND от Micron — это переломный момент для инноваций в области хранения данных, поскольку это первое доказательство возможности масштабирования 3D NAND до более чем 200 слоев в производстве», — сказал Скотт ДеБоер, исполнительный вице-президент по технологиям и продуктам Micron.

Когда смартфоны еще только набирали популярность, было время, когда карты памяти имели емкость не в гигабайтах, а в мегабайтах. На современном рынке этот показатель перевалил за терабайт, но, похоже, компания Micron намерена продвинуться еще дальше.

Она объявила о выпуске самой емкой в мире карты памяти microSD объемом 1,5 ТБ. Это стало возможным благодаря новой карте microSD i400, максимальная емкость которой достигает 1,5 ТБ, что является огромным объемом дополнительной памяти для электронных устройств, поддерживающих расширение памяти через слот для карт microSD.

Хотя, к сожалению, большинство современных смартфонов не поддерживают эту технологию, все же существует ряд других применений. Компании Micron удалось достичь рекордной емкости благодаря использованию 176-слойной технологии 3D NAND, которая также используется в твердотельных накопителях. Другими словами, это означает, что ячейки памяти укладываются друг на друга в трехмерном виде.

Однако это также означает, что новая карта памяти, вероятно, будет иметь довольно высокую цену, как минимум первое время. Это обычно происходит с большинством новых технологий, которые бьют рекорды. Но это также означает, что модели предыдущего поколения емкостью в «скромный» 1 ТБ вскоре станут более доступными.

Следует отметить, что сама карточка является достаточно быстрой и поддерживает большинство актуальных форматов скорости: Class 10, A2, U3 и UHS-I Class 1.

Знаете сколько бы ни было оперативки в смартфоне — её всегда мало. И не только в них, но об этом позже. Поэтому так бы хотелось просто по щелчку пальцев увеличить оперативку. И в последний год это стало возможно. В 2021 году в флагманских смартфонах появилась функция расширения памяти.

Сейчас нажав на одну кнопочку можно добавить 1, 2, 3, и даже больше заветных ГБ к оперативке. Но как вообще такое возможно? Правда ли эта фича работает или это просто маркетинговые сказки? Сегодня во всем разберемся…

Вы узнаете, чем грязная оперативка отличается от чистой? Зачем сжимать память? И как виртуальная память позволяет экономить заряд аккумулятора?

Что такое своп?

Начнём с того, что в технологии расширения оперативной памяти нет ничего нового. По сути, это хорошо всем знакомый своп в ПК. Еще это называют файл подкачки или виртуальная оперативная память. Такая фича есть в Windows, Mac, и даже Linux и везде работает одинаково: когда место в оперативке заканчивается, то не влезающие данные просто начинают записываться в постоянную память и считываться оттуда. Для этого на диске выделяется какое-то пространство под нужды оперативной памяти. На ПК выделить места можно сколько угодно, а на смартфонах обычно это значение варьируется от 1 до 7 ГБ. И в общем-то всё просто и понятно. Но вот в чем вопрос…

На ПК своп не просто полезен, а необходим. Ведь в десктопных ОС можно открыть десятки приложений и всё они будет работать примерно с одинаковым приоритетом без четкого разделения на активные и фоновые. И без свопа при нехватке оперативки операционная система просто бы работала не стабильно, постоянно убивая какие-либо важные процессы.

А вот есть ли вообще какая-то польза от свопа в смартфонах? Ведь в ни ты редко будешь переключаться больше чем между 2-3 приложениями одновременно? И вообще, если своп по умолчанию есть в Linux, то почему его по умолчанию нет в Android, который тот же Linux, по своей сути?

Скажу сразу есть и польза и причины, почему фича стала появляться только сейчас. Но обо всём по порядку…

Как работает ОЗУ в Android?

Начнем с пользы. На самом деле Android всегда занимался расширением оперативной памяти, но делал он это не за счет свопа, а за счет сжатия данных. Дело в том, что работа с оперативкой в Android реализована несколько хитрее, чем в настольных ОС. Когда на вашем смартфоне заканчивается оперативка, Android не отчаивается: он включает мозги и начинает анализировать чем вы там забили оперативку. Всё пространство оперативной памяти он делит на блоки размером в 4 КБ, каждый из которых может быть помечен как «грязный» или «чистый».

В категории “чистых” блоков попадает инфа, которая не участвует в фоновой работе приложения — это всякие картинки, элементы интерфейса приложения текстуры игры и прочее. “Грязными” блоками наоборот называют то, что не сожмешь и не выгрузишь. Например, это все процессы, которые работают в фоне: воспроизведение музыки, навигация и прочее.

А дальше все эти “чистые” блоки тупо сжимаются. То есть данные по-прежнему остаются в памяти, но при этом занимают меньше места. А когда они снова понадобятся — снова распаковываются. Кстати, такие данные называют zRAM.

Итого, мы и место сэкономили, и приложений больше в памяти уместили.

Схема совершенно прекрасная, но не лишенная недостатков. Ведь на архивирование и разархивирование данных тратится время, что замедляет работу девайса. А ещё тратится ресурс процессора, от чего смартфон быстрее работать не будет, да еще и батарейку немного сожрет.

Поэтому при наличии достаточно быстрой постоянной памяти, скажем стандарта UFS 2.1 или выше. будет куда выгоднее не сжимать эти данные, а записать в своп. По времени то на то и выйдет, так еще и процессор лишний раз нагружать не будем.

Более того, как известно, оперативная память сама по себе энергозависимая. Чтобы данные из оперативки не стирались, её нужно постоянно подкачивать энергией. Поэтому если у вас вся оперативка забита, а смартфон просто лежит без дела, она будет просто высасывать энергию из аккумулятора. Поэтому для экономии энергии куда логичнее просто сгрудить все “чистые” блоки в постоянную память, которая энергонезависимая. А потом просто выгрузить эти данные обратно, когда эти данные снова понадобятся. Похоже на то, как работает гибернация в Windows.

В общем, я думаю, вы поняли, что смысл в свопе есть, особенно если его правильно использовать. Поэтому давайте проверим как всё это работает на практике.

Для этой задачи у нас есть симпатичный смартфон HONOR X8. Тут 6 ГБ своей оперативки и еще 2 ГБ можно накинуть за счет виртуальной памяти. Постоянной памяти тут 128 ГБ стандарта UFS 2.1. Идеальный кандидат для теста.

Тестировать будем следующим образом: запускаем несколько легких приложений, потом нагружаем смартфон в игре, и смотрим, что вылетело, а что нет. В итоге 11 из 12 приложений продолжили работать.

В общем, расширение оперативной памяти точно не вредит. Субъективно, HONOR работал шустрее, но это скорее всего еще и из-за приятного 90 ГЦ дисплея, который тут кстати на IPS-матрица, да еще и диагональю — 6,7 дюйма. Но вернёмся к оперативной памяти.

Недостатки свопа

Мы с вами выяснили, что в целом своп — фича полезная. Но почему тогда её столько лет не было в Android и даже сейчас эта фишка появилась не у всех вендоров.

Во-первых, поначалу своп не использовали как раз по причине достаточно медленной памяти стандарта eMMC, которая стояла в большинстве смартфонов. Теперь же когда в среднебюджетные смартфоны всё чаще ставят память типа UFS появился смысл использовать своп.

Во-вторых, несмотря все преимущества свопа, у него есть один большой недостаток. Точнее не у него, а у современной флеш-памяти. А именно — ограниченный ресурс работы. Чем чаще переписываешь данные, тем быстрее изнашиваются ячейки памяти. И наличие свопа, естественно, тоже вносит свой вклад в износ.

Но есть хорошая новость:

Флеш-накопители изнашиваются только при перезаписи данных, но не при чтении. А механизм работы свопа устроен так, что запись в него происходит намного реже чтения соотношение примерно равно 1 к 40, поэтому износ не такой большой. Но тут, конечно, нужно смотреть на практике: технология в смартфонах появилась не так давно, поэтому и статистики маловато.

Ну и в-третьих, просто не всем смартфонам своп будет полезен. Как уже говорили — бюджетные девайсы с памятью eMMC ничего от этой технологии не выиграют. А флагманам с 8-12 ГБ оперативки в принципе ничего расширять не надо. Но вот среднебюджетные смартфоны с 4-6 ГБ оперативки и быстрым хранилищем от свопа как раз выигрывают по всем параметрам.

И что самое приятное:  вы можете активировать расширение памяти на любом смартфоне, даже если официальной поддержки нет. Но для этого потребуется ROOT и специальный софт. Вот список популярных программ:

• Roehsoft SWAPit RAM EXPANDER
• RAM Manager Pro
• Link2SD

Все программы и инструкции к ним легко можно найти на 4PDA, но вы и сами об этом знаете. На этом сегодня всё!

Давайте начнем с философского вопроса: возможны ли вечные двигатели?

Идеальная картинка: некоторое устройство, которое потребляет меньше энергии, чем производит и при этом совершает работу бесконечно! Но люди, которые интересовались вопросом или помнят школьную физику четко и сразу ответят, что конечно нет. Вечный двигатель невозможен, так как он будет нарушать базовые законы термодинамики!

Ну а можно ли создать систему, которая будет бесконечно делать что-либо без приложенной к нему энергии? И опять же ответ четкий — нет нельзя, потому что опять же нарушаем законы термодинамики! Никакой маятник не будет качаться вечно!

Или все-таки можно?

Можно ли создать такую систему, которая будет идентично повторять саму себя и как бы возвращаться к тому состоянию, в котором она уже была? И причем делать это вечно и самостоятельно. Оказалось, что да! И только что это продемонстрировали не абы кто, а Google!

Сейчас мы вам расскажем, как Google с помощью своего квантового компьютера создали так называемый темпоральный кристалл, который рушит основополагающие физические законы! Его также называют кристаллом времени или Time Crystal. Если хотите узнать что это — устраивайтесь поудобнее.

Введение

Для начала надо понять, при чем тут кристалл и почему он темпоральный! Приготовьтесь, сейчас будет немного теории, но мы, как всегда, постарались объяснить все просто и интересно!

Вы знаете, что есть несколько возможных агрегатных состояний вещества: газ, жидкость, твердое вещество и плазма! Это четыре основных состояния любого вещества во вселенной, но на самом деле их чуть больше. Есть экзотические состояния, которые проявляются, к примеру только при очень низких температурах — например, сверхтекучесть, когда жидкость может течь без сопротивления, и может сама вытекать из колбы просто по стенкам, или Конденсат Бозе — Эйнштейна.

На самом деле ученые определяют больше состояний.

Все эти состояния вещества имеют определенные свойства. В газе, например, атомы и молекулы хаотично заполняют собой весь объем и не связаны друг с другом.

У твердого тела же возможны два различных состояния — аморфное, когда тело сохраняет свою форму и объем, при этом атомы в самом теле расположены практически как угодно. А второе состояние — кристаллическое. Тут то все и становится интересно.

Кристаллическое состояние — это такое состояние твердого тела, при котором атомы располагаются в строго заданных местах. Для твердого тела — это стабильное состояние! То есть твердые тела стремятся к порядку: к тому, чтобы все атомы располагались в своих местах.

При кристаллическом состоянии атомы находятся в узлах решетки, в строго определенном местоположении, и таким образом создают трехмерную структуру.

Представьте себе Кубик Рубика, где все клеточки одного цвета. Вот вы смотрите на одну из граней такого кубика и все девять клеточек расположены в определенных позициях. И вы начинаете его медленно вращать!

При этом для вас, как для наблюдателя, картинка меняется, вы уже начинаете смотреть сразу на 18 клеточек, потому что начинаете видеть другую грань. И так происходит пока вы не повернете его на 90 градусов. В этот момент кубик для вас будет точно таким же как когда вы начали его вращать! Это называется пространственной вращательной симметрией. Есть и другие типы пространственной симметрии, когда вы смещаете кубик в определенные стороны.

Все типы идеальных кристаллических решеток имеют такие пространственные симметрии! При этом природа кристаллов очень красивая и таких трехмерных структур ограниченное количество.

Все кристаллические структуры могут описываться всего четырнадцатью, так называемыми, решетками Бравэ! Это теоретическая группа, которая описывает все трехмерные кристаллические решетки.

Пространство и время

И вот в 2012 году, нобелевский лауреат по физике Франк Вильчек выдвинул теорию о том, что можно создать такой тип материала, который бы повторял себя не в пространстве, а во времени! То есть обладал бы временной симметрией, где через определенные промежутки времени материя возвращалась бы в определенное состояние, в котором она уже была до этого!

Если взять пример вам можете показаться что в этом нет ничего интересного. Самое простое — взять монетку: повернул орлом, потом повернул решкой, потом обратно. И так далее — вот тебе и временная симметрия! И вы частично будете правы!

Но есть одно но… Помните, что я сказал, что кристаллическое состояние — это состояние с наименьшей энергией, так вот тут тоже самое. Во временных, или правильнее будет сказать темпоральных кристаллах, система находится в стабильном состоянии — то есть в состоянии с наименьшей энергией и система эта не взаимодействует и не получает энергию извне. Если совсем просто — сам кристалл не требует энергии вообще… Не считая, что нужно поддерживать определенные условия вокруг! То есть это система, которая также как кристалл в пространстве, меняется но только во времени и при этом не затрачивая энергии!

Представьте себе коробку с монетами, где каждая монетка смотрит орлом вверх, потом вы ее закрыли, открыли, а они уже смотрят решкой вверх. И так далее. Идеальное, бесконечное, повторяющееся изменение!

С тех пор было много дискуссий, в которых ученые пытались понять — возможны ли такие кристаллы в принципе. Дискуссия была оживленной, были доказательства как с одной, так и с другой стороны!

Google и темпоральный кристалл

Но вот тут то и наступает 2021 год, что по меркам фундаментальной науки очень короткий срок. Всего через 9 лет команда, которая работает на квантовом компьютере Google Sycamore вместе с кучей ученых из Стэнфорда, Принстона, MIT и других университетов, выпустили статью в Arxiv, и уже отправили ее на рецензию в один из самых престижных журналов Nature. В ней они говорят, что впервые был получен настоящий темпоральный кристалл, то есть такая система кубитов, которая меняется с определенной периодичностью во времени.

Как же они это сделали?

В их квантовом компьютере они использовали специальную двумерную сетку из 8, 12, 16 и 20 кубитов. Увеличивая количество кубитов они усложняли структуру пытаясь понять стабильность системы.

В общем, к системе из кубитов подавались импульсы, которые начинали переворачивать спины кубитов вверх и вниз. И этот начальный импульс фактически не является передачей энергии, так как даже изменяя частоту импульса или вообще убирая его, кристалл продолжает меняться с определенной периодичностью и если сохранять определенные состояния окружающей среды, то система может делать так бесконечно!

И вот тут то начинается самое интересное! Как раз это и нарушает Второй закон термодинамики, который гласит, что любая система стремиться к равномерному распределению температуры и энергии по всему своему объему. Такое состояние физики еще называют «тепловой смертью». А тут система находится в покое и при этом продолжает постоянно меняться!

Давайте еще раз проговорим, система возвращается в абсолютно исходное состояние, потом снова переходит в другое, и потом обратно! И так она может прыгать бесконечно долго!

И это, мягко говоря удивляет, поэтому в своей статье ученые сами говорят, что пока что не особо понимают действительно ли это настоящий темпоральный кристалл и призывают научное сообщество к дискуссии!

А что дальше?

Ну и что дальше с этим всем делать? Зачем нужен этот кристалл и что вообще это открытие дает? Ну, во-первых, это просто очень круто! Только подумайте — фактически реализована система, нарушающая один из основополагающих законов природы. Вечный двигатель, не иначе! Хотя конечно же это не совсем двигатель, так как такой кристалл не производит энергии.

Во-вторых, как и с многими фундаментальными исследованиями, важность такого открытия, если конечно его подтвердят и повторят другие научные группы, может стать нам ясна через много лет! Просто мы сами еще не понимаем насколько это важное открытие.

Ну и наконец, в-третьих. Уже высказываются предположения, что такие кристаллы могут стать основой для памяти для квантовых компьютеров. Напомним, что у квантовых компьютеров сейчас нет как таковой памяти или накопителя. Квантовые компьютеры для каждой задачи каждый раз программируются заново так как кубиты очень нестабильны и не могут долго сохранять свое квантовое состояние. Ну а темпоральные кристаллы из-за своей идеальной периодичности и повторяемости позволяют создать на их основе гироскопы или сверхточные часы!

Мы уже рассказывали, что ожидаем анонса новых смартфонов от Apple в сентябре, но слухи продолжают появляться. В частности, согласно новым отчетам, Pro-версии iPhone 13, то есть iPhone 13 Pro и iPhone 13 Pro Max могут получить три опции встроенной памяти — 128, 512 ГБ и впервые в линейке — 1 ТБ.

Таким образом, версия на 256 ГБ исчезнет из линейки.

Цена на терабайтный iPhone 13 вряд ли сильно обрадует, ведь ожидается вилка от 2055 до 2179 долларов США или примерно 150-160 тысяч рублей только в США без налогов. Как водится, российские цены могут быть выше. Легко предположить, что в России iPhone 13 Pro Max в максимльной комплектации может перешагнуть отметку в 200 тысяч рублей.

Интересно, что заявленная цена на 56 процентов выше самой дорогой модели сейчас — iPhone 12 Pro Max с 512 ГБ памяти, который стоит в США 1399 долларов, а в России — 139 990 рублей. Собственно, если увеличить российскую цену на 56 процентов выходит 218 тысяч рублей. Страшноватый прогноз, не так ли?

Почему на диске памяти меньше, чем  написано на упаковке? Вы наверняка хоть раз задавались таким вопросом.

Вот покупаешь смартфон, где на коробке написано: встроенная память 128 ГБ. Включаешь, заходишь в настройки. А там свободной памяти только 115 ГБ. Как так?

Наверняка, вы также отвечали сами себе что-то вроде: ну да, но там же какое-то место занимает прошивка, все дела. Безусловно…

Но как насчет флешки или жесткого диска, где вместо 1 терабайта всего 930 гигов? У флешки тоже прошивка/система на десяток гигабайт? Это вряд ли.

Поэтому сегодня объясним, почему так происходит, как это устроено. И главное, вы азнаете, что такое МЕБИБИТЫ чем отличаются от мегабайтов?? И почему файлы воруют место?

Оказывается, у этой проблемы есть три причины.

1. Разные системы исчисления

Первая — математическая. Дело в системах исчисления. В бытовой жизни мы обычно используем десятичную систему исчисления, в которой 10 цифр: от 0 до 9. Скорее всего для нас она самая интуитивная из-за 10 пальцев на руках. Логично. Получается, если бы вдруг эволюция решила оставить нам по 6 пальцев, то двенадцатиричная система была бы для нас такой же естественной. Наверное…

В компьютерной технике используется двоичная система исчисления с двумя цифрами: 0 и 1. Это удобно, потому что в компьютерах используются логические операции, принимающие два значения: истина и ложь.

Как вы думаете, какая из двух систем используется для обозначения объемов памяти в устройствах? Оказывается, обе. И в этом вся проблема.

Оказывается, мы смотрим на флешку и имеем дело сразу с двумя гигабайтами: десятичным и двоичным. Сейчас объясню.

В международной системе единиц СИ есть общеприянтые префиксы: например кило или мега. 1 Мегаватт — это ровно миллион ватт. 1 килограмм — ровно тысяча граммов.

И отсюда получается, что 1 килобайт — это ровно тысяча байт. Ну или 10 в третьей степени байт. Вроде логично. Но в чем подвох?

Подвох в том, что в реальности электроника и память состоит из двоичных элементов. Потому что она заточена под двоичные вычисления и ей так удобнее. Помните? Собственно минимальная единица информации 1 бит — это по сути одна цифра в двоичном коде, то есть значение 0 или 1. Дальше 8 бит образуют 1 байт. Потому что 8 — это степень двойки, 2 в третьей степени.

А чтобы хранить больше информации, нам надо подобрать степень двойки, которая похожа на 1000. И есть такая — это 2 в десятой степени или 1024 байта. Вы часто сталкивались с этой цифрой, например в разрешении экранов, потому что компьютерам с ними удобно.

И реальные ячейки памяти состоят именно из такого количества байт — 1024.

А дальше возникает проблема. Дело в том, что согласно международным стандартам на упаковке принято указывать размер в десятичных единицах. Но казалось бы подумаешь: вместо 1024 байт мы получаем 1000. Не так страшно — это всего 2.5 процента. Но есть проблемка. Это мы говорили всего про килобайт. А с ростом масштаба накапливается и проблема.

Потому что 1024 * 1024 это уже миллион 48 тысяч с фигом, то есть почти 5 процентов разницы. Это только для мегабайта. Но кто же покупает флешку на мегабайт?

Умножаем еще раз.

1024 * 1024 * 1024 = 1 0 73 — миллиард 73 миллиона с фигом. То есть 7 процентов потерь для гигабайта.

И еще раз: 1024 * 1024 * 1024 * 1024 = 1 099 триллион и 99 миллиардов. Почти 10 процентоов потерь будет на вашем жестком диске в терабайт.

И путаница возникает. А операционные системы любят использовать двоичную систему.

Главным образом, это касается Windows, которая до сих пор в «Проводнике» пишет размер файлов в двоичных мегабайтах.

Apple перешла на десятичные только с iOS 10 и в операционной системе Mac OS X Leopard.

Android по дефолту тоже использует десятичные обозначения, но все зависит от софта. Например, Total Commander покажет размер файла в привычных двоичных.

Один и тот же файл на Windows весит 1.97 ГБ, а на iPhone — 2.06 ГБ. При этом размер в байтах будет равный. Парадокс.

Какое есть решение?

Оказывается, решение существует. И это введение нормальных терминов.

В 1998 году Международная электротехническая комиссия осознала проблему и постановила все классические названия кило и гигабайты использовать для десятичных объемов. А для двоичных придумали новые префиксы: Киби, Мебибайты, Гибибайты и так далее…

То есть второй слог префикса заменили на «би» — что отсылает к бинарный, то есть двоичный. И правильное обозначение такое: GiB, с буковой «ай»: KiB, MiB, GiB, TiB.

Да-да, если вы смотрите размер файла на iPhone или MacBook, то он написан в МебиБайтах. Живите с этим!

Что в итоге?

1 гигабайт меньше 1 гибибайта. Примерно на 7 процентов.

1 GB = 1 000 000 000 B

1GiB = 1 073 741 824 B

А на упаковке всегда пишут именно МЕГАбайты. С проблемой номер один разобрались.

2. Файлы воруют место…

Следующая проблема немного косвенная. Оказывается, файлы тоже воруют место на дисках. Но связана она с тем, сколько места занимают отдельные файлы.

Вы наверняка замечали, что если например в Windows открыть свойства файла: будет написано размер такой-то. А снизу еще одна строчка: на диске занимает столько-то. Почему так?

Это тоже имеет отношение к тому, как файлы хранятся в памяти. Дело в том, что они записываются на диск не подряд как треки на виниловой пластинке.

При форматировании файловая система разрезает диск на кластеры. Типа странички. И начать записывать новый файл вы можете только перевернув такую страничку. У каждой системы кластеры разные. Например, для NTFS это может быть 4 килобайта. И если файл сильно меньше, то мы потеряем почти всю страничку. При этом большие файлы можно записывать подряд. Потери при их хранении будут минимальны.

3. Место под систему

Ну и третья причина, о который вы догадались сразу. Это место под системную информацию. Это не всегда только операционка. Например, флешки и жесткие диски тоже забирают часть хранилища при форматировании для разметки, но это обычно совсем немного.

В случае со смартфоном или компьютером, речь идет о больших объемах. Например, iPhone 12 из коробки работал на iOS 14, которая занимала около 5 гигабайт. Вернее Гибибайт. Но по факту вы получите еще меньше полезной памяти, потому что 5 гибибайт это только система. А во время работы операционка быстро обрастет системными файлами и кешами. И все это вместе будет занимать около 10 Гибибайт. Такие дела.

Итоги

Надо понимать сколько занимают ваши файлы — и интересно, что разные операционки имеют разное мнение по этому поводу. А главное, никто до сих пор не хочет полноценно переходить на новую терминологию, потому что наверное она дурацкая.

Как на на маленькой карте памяти microSD размером буквально с ноготок помещается 1 терабайт данных? Такой вопрос нам задали в комментариях к видео про шифрование данных. Звучит интересно! Сегодня мы узнаем что находится внутри SD-карты и SSD-диска. Что объединяет современные чипы памяти со слоёным пирогом? И какой емкости будут наши диски и карты памяти через несколько лет?

Олды, кто помнит 2004 год? Тогда в продаже впервые появилась SD-карточка с рекордной на тот момент ёмкостью 1 гигабайт. Это было событием и карточку оценили в солидную сумму — 500 долларов США.

А спустя 15 лет представили карты памяти microSD объёмом 1 терабайт.

Но как за 15 лет мы научились размещать в тысячу раз больше информации на вдвое меньшем пространстве?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно понять:

Как устроены SD карточки?

Начнем с физической архитектуры. Если заглянуть под слой пластика SD или microSD карточки, мы увидим один небольшой чип — это контроллер памяти. И один или два больших чипа — это NAND флеш-память: самый распространенный на сегодня тип памяти. Такие же чипы можно встретить в флешках, SSD-дисках и внутри наших гаджетов. Короче, везде!

NAND И NOR

Но почему NAND флеш-память такая популярная? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте немного разберемся в том как флеш-память работает. Мы уже как-то рассказывали, что базовая единица современной флэш-памяти — это CTF-ячейка (CTF — Charge Trap Flash memory cell), то есть Ячейка с Ловушкой Заряда.

Это не образное выражение. Ячейка, действительно способна запирать внутри себя заряд и хранить его годами! Соответственно, если в ячейке есть заряд — это 1, если нет заряда — это 0.

Все ячейки организованы в структуру NAND. NAND — это такой логический элемент NOT-AND, то есть НЕ-И. Вот таблица его значений.

Фактически, это перевернутый вентиль И. По таблице истинности на выходе вентиля И мы получаем единицу только в случае если на оба входа тоже приходит единица. В NAND всё наоборот.

Кстати, NAND обладает интересным свойством — любая логическая функция может быть реализована с помощью комбинации NAND-вентилей. Это свойство NAND называется функциональной полнотой.

Например CMOS-матрицы или КМОП-матрицы, которые используются в большинстве современных цифровых камер, в том числе во всех мобильных телефонах могут быть полностью реализованы только на вентилях NAND.

• КМОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник
• CMOS — complementary metal-oxide-semiconductor

Свойство функциональной полноты NAND также разделяет с вентилями NOR, то есть НЕ-ИЛИ. К слову, NOR флеш-память тоже существует. Но почему всюду ставят именно NAND память, а не NOR?

NAND-память — интересная штука. Её можно сравнить с оптовыми закупками в супермаркете. Считывать и подавать напряжение в NAND ты можешь только на целую упаковку ячеек. Поэтому мы не можем считать или записать данные в какую-то конкретную ячейку.

В NOR памяти всё наоборот, у нас есть доступ каждой ячейке.

Вроде бы как очевидно превосходство NOR, но почему же тогда мы используем NAND?

Дело в том, что в NOR-памяти каждую ячейку нам на подключить отдельно. Всё это делает размер ячеек большим, а конструкцию массивной.

В NAND наоборот: ячейки подключаются последовательно друг за другом и это позволяет сделать ячейки маленькими и расположить их плотно друг к другу. Поэтому на NAND-чипе может поместиться в 16 раз больше данных чем на NOR-чипе.

Также это позволяет быстро считывать и записывать большие массивы данных, так как мы всегда одновременно оперируем группой ячеек.

 

Более того NOR-память не оптимальна для считывания и записи больших объёмов информации, но она выигрывает тогда, когда нужно считывать много мелких данных случайным образом. Поэтому NOR-память используют только в специфических задачах, например, для хранения и исполнения микропрограмм. Например BIOS вполне может быть записан в NOR-память, или даже прошивка в телефоне. По крайней мере раньше так точно делали.

А NAND-память идеально подходит для SSD, карт памяти и прочего.

2D NAND

Окей, NAND-память плотная, это выяснили. Но как её сделать еще плотнее?

Долгое время ячейки NAND укладывались столбцами горизонтально и получалась однослойная плоская структура. И производство памяти было похожим на производство процессоров — при помощи методов литографии. Такая память называлась 2D NAND или планарный NAND.

Соответственно, единственным способом уплотнения информации былоиспользования более тонких техпроцессов, что и делали производители.

Но к 2016 году производители достигли техпроцесса в 14-15 нанометров. Да-да, крутость памяти тоже можно мерить нанометрами. Но тем не менее это оказалось потолком для 2D NAND-памяти.

Получается, что в 2016 году прогресс остановился? Совсем нет.

Решение нашла компания Samsung. Понимая, что планарная, то есть плоская NAND находится на последнем издыхании, еще в 2013 году Samsung обогнала своих конкурентов и представила первое в отрасли устройство с 3D NAND-памятью.

Они взяли столбец с горизонтальными NAND ячейками и поставили его вертикально, поэтому 3D NAND ещё называют V-NAND или вертикальной NAND. Вы только посмотрите на эту красоту!

Вот эти красные штуки сверху — это битлайны (bit line), то есть каналы данных. А зелёные шутки — это слои ячеек памяти. И если раньше данные считывались с одного слоя и поступали в битлайн, то теперь данные со всех слоев стали поступать в канал одновременно!

Поэтому новая архитектура позволила не только существенно увеличить плотность информации, но и в два раза повысить чтения и записи, а также снизить энергопотребление на 50%!

Первый 3D NAND-чип состоял из 24 вертикальных слоёв. Сейчас норма составляет 128 слоев. Но уже в 2021 году производители перейдут на 256 слоев, а к 2023 году на 512, что позволит на одном флеш-чипе разместить до 12 терабайт данных.

Кхм-кхм. Минуточку! Внимательный читатель, мог заметить, что в приведенной табличке написано 12 терабит, откуда же тогда я взял терабайты? Дело в том, что 12 терабит помещается на одном кристалле флеш памяти, а в одном чипе можно разместить до 8 кристаллов друг над другом. Вот и получается 12 терабайт.

Но наращивать всё больше и больше этажей памяти невозможно бесконечно. Даже сейчас с производством возникает масса проблем. В отличии от 2D-памяти, которая производилась методом литографии, 3D NAND, по большей части, опирается на методы напыления и травления. Производство стало похожим на изготовление самого высокого в мире торта. Нужно было буквально наращивать идеально ровные слои памяти друг над другом, чтобы ничего не поплыло и не осело. Жуть!

Более того в этом слоёном пироге, нужно как-то проделать 2,5 миллиона идеально ровных каналов идущих сверху до низу. И если если когда было 32 слоя, производители с этим легко справлялись. То с увеличим количество слоев возникли проблемы. Всё как в жизни!

Поэтому производители стали использовать разные хаки: например, делать по 32 слоя и накладывать их друг на друга через изолятор. Но такие методы дороже в производстве и чреваты браком. Кстати, для любознательных, на текущий момент эти каналы проделываются не сверлом, в методом реактивного ионного травления (RIE). Проще говоря, бомбардировкой поверхности ионами.

SLC, MLC, TLC, QLC

Так что же мы снова уперлись в потолок? Теперь уже в буквальном смысле. Нет! Ведь на самом деле, можно не только увеличивать количество ячеек. Можно увеличивать количество данных внутри ячейки!

Те кто интересуется темой, или выбирал себе SSD диск наверняка знают, что бывает четыре типа ячеек памяти SLC, MLC, TLC, QLC.

SLC-ячейка (Single Layer Cell) может хранить всего 1 бит информации, то есть лишь нолик или единичку. Соответственно MLC-ячейка хранит уже 2 бита, TLC — 3, QLC -4.

Вроде бы круто! Но чем больше бит мы можем поместить в ячейку, тем медленнее будет происходить чтение, и главное — запись информации. А заодно тем менее надежной будет память.

Сейчас не будем на этом подробно останавливаться, но в двух словах в потребительских продуктах сейчас золотой стандарт — это TLC-память, то есть три бита. Это оптимальный вариант, по скорости, надежности и стоимости.

SLC и MLC — это крутые профессиональные решения.

А QLC — это бюджетный вариант, который подойдет для сценариев, в которых не надо часто перезаписывать данные.

Кстати, Intel уже готовит, преемника QLC — пятибитную PLC-память (Penta Level Cell).

Ответ на вопрос

Это, конечно, всё очень интересно, но может, вернёмся к изначальному вопросу: Как в уже сейчас в простой microSD-карточке помещается 1 терабайт?

Ну что ж, теперь когда мы всё знаем, отвечаем на вопрос.

Внутри карточки Micron (и скорее всего карточки SanDisk) используется одинаковый чип памяти. Это 96-слойная 3D NAND QLC-память. На одном кристалле такой памяти помещается 128 гигабайт данных. Но откуда же тогда 1 терабайт?

Как мы уже говорили раньше, в одном флеш-чипе помещается 8 кристаллов. Вот вам и 1 терабайт. Вот так всё просто!

Что нас ждёт в будущем?

Что ж, технологии производства флеш-памяти развиваются очень быстро. Уже через 2-3 года нам обещают чипы на 12 терабайт. А еще лет через 10, ну может 20, и за сотню терабайт перескочим. Тем более SD-карточки нового формата SD Ultra Capacity поддерживают емкость до 128 терабайт.

Непонятно одно — будут ли нам нужны SD-карточки через столько лет.

Наверняка, в обзорах смартфонов вы слышали словосочетание LPDDR5. Мы знаем, чем больше оперативной памяти, тем лучше. Но не всегда.

Это весной президент Xiaomi Group провел опрос в социальной сети Weibo, в котором спросил у фанатов: сколько оперативной памяти они бы хотели видеть в новом флагмане Redmi: 8 или 12 ГБ при одинаковой цене. И как вы думаете за какой вариант проголосовали фанаты? За 8 Гб. Но почему? Дело в том, что Xiaomi предлагали выбор 12 ГБ стандарта LPDDR4x, и 8 ГБ стандарта LPDDR5. Но что такого нового в этом LPDDR5, чтобы идти на такие жертвы?

Сегодня мы разберемся в стандартах оперативной памяти. Выясним, чем отличается LPDDR от DDR. Узнаем как новая оперативка влияет на автономность устройств, помогает развитию 5G и спасает жизни водителей!

Память в мобильных устройствах и компьютерах, как вы знаете, можно поделить на два типа. Оперативная: ОЗУ или RAM, и постоянная: ПЗУ или ROM. В чём отличие?

ПЗУ

Постоянная память называется энергонезависимой, то есть ПЗУ может хранить данные без подпитки энергией. Например, в флеш-памяти, которая используется в смартфонах, картах, памяти, SSD дисках и так далее — данные хранятся в CTR-ячейках, то есть ячейках с ловушкой заряда. Эти ловушки буквально способны запирать заряд и хранить в себе годами. Поэтому данные на SSD-диске не стираются когда вы выключаете компьютер. Также ПЗУ устройством можно назвать VHS-кассеты с магнитной лентой, CD-диски и даже перфокарты. В общем всё, что может хранить данные достаточно долго.

ОЗУ

Оперативная память напротив — энергозависимая. То есть она способна хранить данные только при постоянной подпитке электричеством. Почему так? В оперативной памяти каждый бит данных хранится на маленьком конденсаторе. В конденсаторах есть преимущества: их можно очень плотно упаковать, а заодно можно очень быстро считывать записывать данные.

Но есть и большой недостаток: конденсаторы очень быстро разряжаются. Поэтому, чтобы данные сохранить их постоянно нужно обновлять. Например, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.

Какая же бывает оперативная память? Немного поговорим о стандартах оперативной памяти.

SDRAM

С 1993 по 2000 года миром правил стандарт SDRAM — Synchronous Dynamic Random Access Memory: синхронная динамическая память с произвольным доступом. Стандарт был шикарным, но был недостаток, за один такт SDRAM могла принимать одну команду и передавать одно слово данных.

DDR

Поэтому в 2000 году появилась DDR-память, которая расшифровывается как Double Data Rate, то есть буквально — двойная скорость передачи данных. Название настолько крутое, что так можно было назвать суперсникерс. И крутость вполне оправдана, потому как теперь за один тактовый цикл передавалось две задачи записи и две операции чтения. Всё благодаря тому, что в DDR научились передавать данные по обеим частям синхросигнала, как по восходящему, так и по нисходящему. Отсюда и двойная скорость.

Стоит сказать, что DDR — это не замена SDRAM, а просто её частный случай. Поэтому полное название стандарта DDR SDRAM.

LPDDR

Итак, DDR — память быстрая-прекрасная, но, так как вы помните, что конденсаторы нужно постоянно подзаряжать эта память жрёт очень много энергии. И если для стационарных устройств это проблема решаемая, то для мобильных — критическая. Поэтому в 2006 году появилась новая разновидность DDR-памяти — LPDDR. Она отличалась пониженным напряжением питания с 2,5 В до 1,8 В, отсюда и название Low Power DDR. Также была уменьшена площадь чипа.

Как же им удалось сберечь немного энергии?

За счет двух хаков:

1. На низких температурах заряд из памяти утекает медленнее, поэтому, если сильно память не гнать, то можно увеличить интервалы обновления наших конденсаторов. Так и сделали.
2. Добавили режим Deep Power Down и это не фильм Ридли Скотта про вертолёт (Black Hawk Down), а просто режим глубокого сна, в котором из памяти стирается абсолютно всё, (как и сюжет этого фильма из моей памяти).

Развитие LPDDR

Естественно, эти оптимизации негативно повлияли на скорость работы памяти. Но стандарт быстро развивался и сейчас энергоэффективная память уже во многом предпочтительнее своего старшего брата.

LPDDR используется во многих ноутбуках, например MacBook, что позволяет экономить до 70-90% энергии в режиме сна. Тем более LPDDR5 уже вовсю ставят в смартфоны (Xiaomi Mi 10, например). А первые компьютеры на DDR5 в лучшем случае появятся только в 2022 году. Поэтому на данный момент, пропускная способность мобильной памяти может быть выше своего старшего собрата.

• DDR4 2400 DUAL: (2400 x 64 / 8)*2 =38,4 ГБ / с
• LPDDR5 6400 QUAD: (6400 x 32 / 8)*4 = 51,2 ГБ / с

Например, новая память Samsung LPDDR5 6400 может отправлять 51,2 гигабайта данных или примерно 14 видеофайлов в формате Full HD (3,7 ГБ каждый) за секунду.

LPDDR5

Но чем всё таки LPDDR5 отличается от прошлой версии? Давайте посмотрим.

LPDDR5 vs LPDDR4x

Начнём с того, что новый стандарт стал экономичнее на 20%: 0,5 В против 0,6 В. Это позволит продлить время жизни смартфона на 5-10% в режиме активного использования. А вот в режиме сна получится сэкономить до 40% энергии за счёт нового режима глубокого сна. Теперь, когда ваш смартфон или ноутбук спит, при желании можно будет полностью очистить оперативку и выгрузить её содержание в энергонезависимую память. Но в этом случае на обратное включение уйдет одна-две секунды. Зато можно не беспокоиться, что девайс сожрёт всё батарейку, когда спит.

Также было улучшено динамическое масштабирование частоты. В версии 4 и 4X была возможность выбора из двух рабочих частот, в LPDDR5 вариантов стало три.

Скорость передачи данных выросла до 6,4 Гбит/сек. Это полезно для SuperSlowMotion 960 fps и всяких VR приложений. И, вы не поверите, для работы в 5G сетях. 5G сети тупо быстрее современной оперативки, представляете?

Новый стандарт оперативки разрабатывали с учетом появления беспилотных автомобилей и прочих девайсов, в которых любой сбой в работе системы чреват тяжкими последствиями. Поэтому в LPDDR5 появилась поддержка дополнительного сигнала коррекции ошибок — Link Error Correcting Code (ECC). Поэтому, когда будете брать себе тачку с автопилотом, проверьте есть ли там LPDDR5.

С новой памятью уже есть куча смартфонов. Например, программа DevCheck показывает, что мой OnePlus 8 Pro заряжен 12 GB LPDDR5 2750 МГц с пропускной способностью 44 ГБ / с. Неплохо.

Другие модели в которых уже стоит новая память:

• Xiaomi MI 10 5G
• Redmi K30 Pro
• Realme X50 Pro 5G
• OnePlus 8 / 8 Pro
• Samsung Galaxy S20 / S20+ / S20 Ultra
• Samsung Galaxy Note 20 / 20 Ultra
• Samsung Galaxy Z Flip
• Samsung Galaxy Z Fold 2
• Vivo IQOO 3 Pro
• Vivo IQOO 5 / 5 Pro
• Vivo NEX 3S 5G
• Nubia Red Magic 5S
• Motorola Edge+
• ZTE Axon 10s Pro

Но стоит ли гнаться за самой последней оперативкой в смартфонах? Думаю, нет. Грамотно оптимизированный смарт со старой памятью будет и быстрее работать, и дольше.
Но вот если вам нужен долгоживущий ноутбук. Я бы присмотрелся к моделям с LPDDR5, как только они появятся на рынке.

Индустрия продолжает двигаться вперёд к 5G-сетям. Большая пропускная способность и скорости новых мобильных сетей позволят и увеличивать загрузки и файлы, которые будут передаваться. Люди смогут смотреть 4K-видео через стрим или закачивать их. Именно поэтому Xiaomi пытается поменять правила игры и делает очередной шаг к увеличению памяти устройства и удешевлению её для пользователя.

Компания запатентовала 5G-SIM карту, которая может не только обеспечивать подключение к сети, но и выполнять функции накопителя. На самом деле в 2019 году подобное было показано другой компанией. В данной же ситуации мы видим, что Xiaomi проявляет значительный интерес к технологии и планирует создать её своими силами.

У такого решения есть множество плюсов. Например, не нужно переносить файлы, если переезжаете на новый смартфон. Плюс ко всему многие компании делают гибридные слоты памяти, чтобы обеспечить пользователя возможностью увеличить память или использовать две SIM-карты. А в данном случае решается проблема и связи, и переноса, и памяти, а также освобождается пространство в смартфоне.

До анонса Xiaomi Mi 10 остаётся меньше недели и компания решила сама рассказать о своей новинке: приоткрыть завесу тайны.

Флагман Xiaomi Mi 10 первым на рынке получит оперативную память нового поколения LPDDR5 производства Micron Technology. Новый тип оперативной памяти отличается повышенной энергоэффективностью и обеспечивает высокую скорость доступа к данным, необходимую для реализации алгоритмов искусственного интеллекта и работы в сетях 5G.

Благодаря повышенным характеристикам память LPDDR5 позволит мобильным устройствам с поддержкой 5G связи скачивать информацию со скоростями до 6,4 Гбит/с, обеспечивая работу таких ресурсоёмких систем, как автомобильные автопилоты и AR/VR гарнитуры. Помимо более высокой скорости считывания новые микросхемы LPDDR5 потребляют на 20% меньше энергии по сравнению с традиционной на данный момент памятью LPDDR4.

Мультичип-пакеты позволят смартфонам продлить время работы без подзарядки и повысят скорость передачи данных, обеспечив более высокую производительность при обработке изображений, доступную ранее только на флагманских устройствах.