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NVM (Non-Volatile Memory)

Mitarbeiter: Carol Silwa

Non-Volatile Memory (NVM) ist eine Halbleitertechnologie, die keine kontinuierliche Stromversorgung benötigt, um die in einem Computergerät gespeicherten Daten oder den Programmcode abzusichern.

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Systemhersteller verwenden verschiedene Typen NVM-Chips für eine Vielzahl von Zwecken. Ein Typ von NVM könnte beispielsweise den Programmcode des Controllers für Geräte wie Festplattenlaufwerke (HDDs) und Bandlaufwerkespeichern. Eine andere Art von NVM wird häufig für die Datenspeicherung in Solid-State-Laufwerken (SSDs), USB-Laufwerken und Memory-Karten in Digitalkameras, Mobiltelefonen und anderen Geräten verwendet.

Solid-State Storage verwendet normalerweise eine Variante des nichtflüchtigen Speichers, die als NAND-Flashbezeichnet wird. SSDs haben keine beweglichen Teile und sind leistungsfähiger als mechanisch adressierte HDDs und Bänder, bei denen ein Kopf zum Lesen und Schreiben von Daten auf magnetische Speichermedien verwendet wird. SSDs, die über einen PCI Express (PCIe)-Bus direkt mit dem Prozessor eines Computers verbunden sind, bieten eine geringere Latenzzeit als Serial-Attached SCSI (SAS)- oder Serial Advanced Technology Attachment (SATA)-basierte SSDs, die in externe Laufwerksschächte eingesteckt werden.

Arten von nichtflüchtigem Memory

Viele Arten von nichtflüchtigen Speichern werden heute zum Lesen und Schreiben von Daten in und aus Unternehmens- und Verbrauchersystemen verwendet, und jede einzelne bietet Vor- und Nachteile.

NAND-Flash, der am häufigsten in der Datenspeicherung verwendete Typ, umfasst mehrere Varianten, darunter Single-Level Cell (SLC, speichert ein Bit pro Zelle), Multi-Level Cell (MLC, speichert zwei Bits pro Zelle), Triple-Level Cell(TLC, speichert drei Bits pro Zelle) und Quad-Level Cell (QLC, speichert vier Bits pro Zelle).

Die Hersteller haben die Entwicklung von NAND-Flash-Technologien mit dem Ziel fortgesetzt, die Kosten pro Bit zu senken. Sie führten 3D-NAND-Flash ein, als sie Schwierigkeiten bei der Skalierung des zweidimensionalen NAND hatten, das aus einer einzigen Schicht von Speicherzellen besteht. Bei der neueren 3D-NAND-Flash-Technologie werden Speicherzellen in vertikalen Schichten gestapelt, um eine höhere Speicherdichte zu erreichen.

Abbildung 1 zeigt einen direkten Vergleich verschiedener NVM-Technologien.
Abbildung 1 zeigt einen direkten Vergleich verschiedener NVM-Technologien.

Die Technologieanbieter arbeiten auch weiterhin an zusätzlichen nichtflüchtigen Speichertechnologien, um die Kosten zu senken, die Leistung zu verbessern, die Speicherdichte und Lebensdauer zu erhöhen sowie den Stromverbrauch zu senken.

Unterschiede zwischen flüchtigem und nichtflüchtigem Arbeitsspeicher

Der flüchtige Arbeitsspeicher (Volatile Memory) ist eine Halbleitertechnologie, die eine kontinuierliche Stromversorgung benötigt, um gespeicherte Daten vorzuhalten. Prominente Beispiele für flüchtiges Memory sind SRAM und DRAM. Hersteller fügen flüchtigen Memory-Bausteinen manchmal Batteriestrom zu, um eine dauerhafte Datenspeicherung zu unterstützen.

Enterprise- und Client-Computersysteme verwenden oft eine Kombination aus flüchtigen und nichtflüchtigen Speichertechnologien, und jeder Memory-Typ hat seine Stärken und Schwächen.

SRAM ist zum Beispiel schneller als DRAM und eignet sich gut für Hochgeschwindigkeits-Caching. DRAM, ein Nachfolger von SRAM, ist billiger in der Herstellung und benötigt weniger Strom als SRAM im aktiven Modus. Ein häufiger Anwendungsfall für DRAM ist die Speicherung des Hauptprogrammcodes, den ein Computerprozessor zum Funktionieren benötigt.

Nichtflüchtiger NAND-Flash ist beim Schreiben und Lesen von Daten langsamer als DRAM und SRAM. Allerdings ist NAND-Flash in der Herstellung weitaus kostengünstiger als DRAM und SRAM, so dass die Technologie besser für die dauerhafte Datenspeicherung in Geschäftssystemen und Verbrauchergeräten geeignet ist.

 Abbildung 2: Die Spezifikationen der unterschiedlichen Memory-Typen auf einen Blick.
Abbildung 2: Die Spezifikationen der unterschiedlichen Memory-Typen auf einen Blick.

NVM vs. NVMe

Die Begriffe Non-Volatile Memory und Non-Volatile Memory Express (NVMe) klingen ähnlich, sind aber in ihrer Bedeutung getrennt und unterschiedlich. NVM ist eine Halbleitertechnologie, die in den späten 1940er Jahren aufkam, während NVMe eine Host-Controller-Schnittstelle und ein Speicherprotokoll ist, mit deren Entwicklung ein Konsortium von Technologieanbietern 2009 begann.

Die NVM Host Controller Interface Work Group veröffentlichte am 1. März 2011 die 1.0 NVMe-Spezifikation. NVMe wurde entwickelt, um den Datentransfer zwischen Host-Systemen und SSDs über den PCIe-Bus eines Computers zu beschleunigen. NVMe unterstützt die Verwendung verschiedener Arten von nichtflüchtigem Memory, wie NAND-Flash und die von Intel und Micron entwickelte 3D XPoint-Technologie.

NVMe ist eine Alternative zum Small Computer System Interface (SCSI)-Standard und zum Advanced Technology Attachment (ATA)-Standard, die bei SAS- bzw. SATA-Laufwerken verwendet werden. NVMe verwendet weniger als die Hälfte der CPU-Befehle als die SCSI- und ATA-Befehlssätze. NVMe-basierte PCIe-SSDs bieten eine geringere Latenz, höhere IOPS und einen potenziell geringeren Stromverbrauch als SAS- und SATA-basierte SSDs.

Diese Definition wurde zuletzt im Oktober 2020 aktualisiert

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