Как на microSD-карточке помещается 1 терабайт?
medium

Как на microSD-карточке помещается 1 терабайт?

И это не предел.

Сейчас все привыкли к тому, что в телефонах много памяти — от 128 гигабайт и выше. Если телефон поддерживает карты памяти большой ёмкости, то можно вставить туда microSD-карточку и получить дополнительно хоть терабайт. Но вы видели те карточки? Они же невероятно малы!

В этой статье разберёмся, как такой большой объём памяти помещается в пластике площадью полтора сантиметра.

Как устроена флеш-память

Если мы аккуратно вскроем карточку microSD, то увидим, что она состоит из контактов для передачи данных, контроллера памяти и самой микросхемы с памятью:

Как на microSD-карточке помещается 1 терабайт?

Контроллер нужен, чтобы следить за тем, как данные записываются на чип, всё ли там в порядке и не нужно ли что-то исправить. Если в момент записи или передачи данных контроллер замечает ошибку, он посылает специальный сигнал в чип или на устройство, мол, ошибка, передай данные ещё раз.

Чип флеш-памяти состоит из площадки с транзисторами, которые умеют хранить электрический заряд 5—7 лет. Для этого они используют специальные электромагнитные ловушки. В прямом смысле: в них «застревают» электрические заряды. Если в транзисторе есть заряд, это считается за единицу. Если заряда нет — это ноль.

Контроллер памяти следит за тем, чтобы заряды в транзисторах со временем не пропадали. Для этого он во время работы периодически обновляет заряды у нужных транзисторов — чтобы данные на карте памяти не пропали из-за утечки зарядов.

Получается, что флешка — это просто площадка с очень большим набором маленьких транзисторов, в которых застревает электричество. Можно представить, что это район с одноэтажными домами.

Трёхмерная печать

У такого решения есть проблема — если нам нужно больше памяти, нам потребуется больше транзисторов, а значит — больший по размерам чип. А он тогда не поместится на карте стандартного размера.

Когда производители столкнулись с таким ограничением, они стали делать так:

  1. Печатают один слой транзисторов — точно так же, как и в производстве процессоров.
  2. Сверху наносят слой диэлектрика, чтобы отделить следующие транзисторы от этих.
  3. Потом печатают следующий слой транзисторов.
  4. Слой диэлектрика и так далее.

Получается, что теперь у нас дома не одноэтажные, а многоэтажные.

К слоям транзисторов можно обращаться одновременно, чтобы сразу получить много нужных данных. Для этого в этом многослойном пироге проделывают сквозные тоннели-проводники. Каждый из таких проводников соединяет свой участок памяти с верхними и нижними.

Как на microSD-карточке помещается 1 терабайт?

Чем больше  таких проводников — тем быстрее и проще получить данные из памяти, но есть два ограничения:

  1. Из-за особенностей производства нельзя бесконечно увеличивать количество слоёв в чипе — они начинают деформироваться, изменять свои свойства и работать со сбоями. В среднем сейчас используют 100 слоёв на одной микросхеме. В будущем хотят увеличить их количество до 500, но это почти предел.
  2. Много тоннелей тоже сделать нельзя — у них есть своя толщина, и каждый такой проводник занимает определённую площадь на чипе. Если сделать слишком много сквозных проводников, то не останется места для самих транзисторов.

Много микросхем — много памяти

Пока всё, о чём мы говорили, помещается на одной микросхеме, но это максимум 128 гигабайт. Чтобы получить терабайт, можно точно так же поставить 8 микросхем друг на друга и соединить их все с контроллером памяти:

Как на microSD-карточке помещается 1 терабайт?

Больше 8 микросхем поставить друг на друга можно, но работать с ними будет гораздо сложнее. Дело в том, что компьютеру очень удобно работать с числами, кратными восьми, потому что в одном байте 8 бит. Поэтому для управления одновременно 8 микросхемами компьютеру нужно передать один управляющий байт, а для 9 или 12 микросхем — нужно уже 2 байта. А это в два раза больше передаваемых данных и в 128 раз увеличивает нагрузку на контроллер памяти, который следит за ошибками.

Короче: как работает флешка

  • Есть «ловушки» электрического заряда. В них хранятся биты данных.
  • «Ловушки» аккуратно укладываются на плоскости, очень плотно.
  • Потом эти плоскости укладываются в несколько этажей.
  • Потом эти «многоэтажки» ещё раз укладываются друг на друга.
  • Всё это хозяйство подключается к управляющему чипу.
  • Получается флешка.

Если оставить флешку без внимания на 5—7 лет, часть её данных потеряется. За 20—30 лет из-за квантовых эффектов флешка в принципе придёт в негодность. Поэтому наслаждайтесь жизнью сегодня:-)


Вам может быть интересно
TypeScript — как JavaScript, но может больше
TypeScript — как JavaScript, но может больше

Способ избежать проблем JavaScript в больших проектах.

easy
Зачем нужен Scala?
Зачем нужен Scala?

Разбираем, почему это не самый популярный язык.

easy
Как начать программировать на Python
Как начать программировать на Python

Если знаете JavaScript, освоиться в Питоне можно за 15 минут.

easy
Системный администратор — что нужно знать, чтобы получать 160 000 рублей
Системный администратор — что нужно знать, чтобы получать 160 000 рублей

Это не тот администратор, который ставит вам Windows.

easy
Как адаптировать сайт для чтения скринридером. Введение в ARIA-атрибуты
Как адаптировать сайт для чтения скринридером. Введение в ARIA-атрибуты

В помощь людям, которым трудно смотреть в экран

easy
Экзотические виды памяти
Экзотические виды памяти

Как насчёт памяти на барабанах или на проволоке?

medium
MySQL — царица баз
MySQL — царица баз

Она сложная, но с ней всё просто.

easy
Убери руку с мышки!
Убери руку с мышки!

Как работать в три — пять раз быстрее с помощью горячих клавиш.

easy
Как теория игр работает на практике и помогает выигрывать
Как теория игр работает на практике и помогает выигрывать

Разбираем игру в Ним

easy
medium

Текст и схемы

Михаил Полянин

Художник

Даня Берковский

Корректор

Ирина Михеева

Вёрстка

Мария Дронова

Соцсети

Олег Вешкурцев