Écriture et lecture NAND : Les défis techniques de la mémoire flash

Parmi ses composants, les clés USB contiennent différents types de mémoire : une petite quantité de RAM et de ROM ainsi qu’une mémoire flash. C’est sur cette dernière que sont stockées toutes les données que l’on copie à l’intérieur de la clé. Il existe plusieurs sortes de mémoires flash, mais les mémoires flash NAND sont les plus privilégiées dans le cas d’une clé USB.

clé USB Verbatim

Lorsque l’on utilise une clé USB, quelle qu’en soit la raison, on ne se demande presque jamais ce qui se déroule à l’intérieur du mécanisme. Pourtant, se pencher sur les défis techniques de ce support, notamment de la mémoire flash, peut être important, surtout si l’on souhaite préserver nos données et la clé elle-même.

Qu’est-ce que la mémoire flash NAND ?

Une mémoire flash NAND est une mémoire de type EEPROM capable de stocker des données même lorsqu’elle n’est pas sous alimentation.

Elle est organisée sous forme de cellules constituées de deux types de portes : des portes flottantes et des portes de contrôle. Ces dernières permettent de contrôler les flux de données circulant dans la mémoire flash.

On retrouve la mémoire flash NAND dans de nombreux supports, notamment les petits appareils tels que les disques SSD, les cartes SD et bien évidemment les clés USB. Sa rapidité, sa grande capacité, son endurance ainsi que son coût peu élevé font d’elle un excellent choix pour ce genre de supports.

Quels sont les types de mémoire flash NAND ?

Il existe plusieurs types de mémoire flash NAND à savoir : la SLC, la MLC, la TLC et la QLC. Un autre type de mémoire flash NAND a également récemment vu le jour, la NAND 3D.

Pour les quatre premiers types de mémoire NAND, c’est surtout le nombre de bits par cellule qui font leur différence. Cette variation impacte toutefois sur leur coût, leur performance et sur leur nombre de cycles de programmation et d’effacement (P/E).

La SLC (Single Level Cell) est la plus coûteuse, mais également la plus performante. Elle ne stocke qu’un bit par cellule. De ce fait, elle est plus rapide, plus performante et plus endurante avec ses 100.000 cycles P/E.

La MLC (Multi-Level Cell) stocke, quant à elle, deux bits par cellule. Elle offre donc plus de densité que la SLC et peut ainsi offrir plus de capacité de stockage. Toutefois, le nombre de cycles P/E diminue à 10.000 sur celle-ci. Par conséquent, elle est plus sensible aux erreurs de données et plus susceptible de rapidement s’endommager. Néanmoins, c’est celle qui offre le meilleur rapport coût/performance.

La TLC (Triple Level Cell) est capable de stocker trois bits par cellule, comme son nom le laisse entendre. Et on commence à le comprendre, mais lorsque le nombre de bits par cellule augmente, la capacité aussi augmente et le coût baisse. Bien évidemment, le nombre de cycles baisse drastiquement à 3000 cycles P/E. C’est celle que l’on utilise sur bon nombre de clés USB, notamment celles que l’on choisit lorsqu’on numérise une cassette Hi8 sur clé USB.

Pour la QLC (Quad-Level Cell), le nombre de bits stockés par cellule est de 4 et le nombre de cycles P/E n’est plus de 1000. La logique reste la même que pour les précédents types de mémoires NAND.

Les types de NAND cités ci-dessus sont des NAND dites 2D. Cela veut principalement dire que les cellules sont placées de manière horizontale. Avec la NAND 3D, les cellules sont empilées verticalement afin de pouvoir maximiser la densité, la capacité et l’endurance de la clé.

Quels sont les défis techniques de la mémoire flash NAND ?

La mémoire flash NAND a été une révolution dans son domaine. Cependant, il y a tout de même quelques soucis à régler et des défis techniques à relever, notamment en termes de lecture et d’effacement. En effet, le nombre de cycles P/E, au fur et à mesure qu’il diminue, peut provoquer l’usure de la mémoire. Des mesures peuvent être prises afin de minimiser les répercussions de cette usure, notamment en gérant les cellules endommagées et les écritures sur chaque cellule.

Pour ce qui est de l’effacement, contrairement à l’écriture qui peut se faire bit par bit, il s’effectue directement bloc par bloc. Il prend donc plus de temps et peut également être la cause de l’usure et de la diminution de la durée de vie de la clé USB.

À noter que, côté lecture, généralement, il n’y a pas de grosses limites. Néanmoins, elle peut causer la modification des cellules avoisinantes de celle qui est lue. Toutefois, cette anomalie ne se produit qu’après des centaines de milliers de lectures, et ce, de manière infime.