الفلاش بين السرعة والسعة.. أبرز المزايا والعيوب

رغم أن مصطلح «ذاكرة الفلاش» لا يزال يذكر بذاكرة USB المتدلية من سلسلة المفاتيح، فإنها شهدت انتشارًا كبيرًا منذ ذلك الحين. 

ويُستخدم NAND flash لتخزين البيانات في أقراص SSD والهواتف الذكية وبطاقات الذاكرة والعديد من الأجهزة الأخرى، لأنها تحتفظ بالبيانات دون الحاجة إلى طاقة، مع توفير سعة تخزين كبيرة في مساحة صغيرة.

لكنها تحمل بعض العيوب أيضًا، فذاكرة الفلاش تكلف أكثر لكل جيجابايت مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة، وتتآكل مع تكرار كتابة البيانات ومسحها، كما أنها ليست قريبة من سرعة ذاكرة RAM الخاصة بالنظام. 

ومع ذلك، لا يلاحظ معظمنا ذلك كثيرًا، لأن وحدات التخزين الحديثة تقوم بالكثير من العمل في الخلفية لمعالجة المشكلات المرتبطة بالتقنية التي تعتمد عليها.

لماذا أصبحت ذاكرة الفلاش شائعة؟

معظم وحدات تخزين الفلاش عالية السعة تعتمد على NAND، حيث تخزن خلايا الذاكرة شحنة كهربائية في طبقة تخزين معزولة، ويتم تفسير حالات الجهد المختلفة على أنها بيانات.

وتستخرج ذاكرة NAND الحديثة قدرًا أكبر بكثير من هذه الفكرة الأساسية، إذ تقوم تقنية 3D NAND بتكديس الخلايا رأسيًا بدلًا من ترتيبها فقط على سطح مستوٍ، بينما تخزن تصميمات TLC وQLC ثلاثة أو أربعة بتات في كل خلية، وتوفر كلتا التقنيتين مساحة تخزين أكبر تقريبًا في المساحة نفسها، وتقللان تكلفة الجيجابايت.

وجعلت هذه التطورات ذاكرة الفلاش مناسبة بشكل خاص للإلكترونيات المحمولة، وعلى عكس محرك الأقراص الصلبة، لا يحتوي SSD على قرص دوار أو رأس قراءة ميكانيكي، لذلك يوفر زمن وصول أقل، ويتحمل الصدمات بشكل أفضل، ويناسب الأجهزة الأقل سمكًا.

وإذا كنت قد قمت بترقية جهاز كمبيوتر قديم إلى SSD، فربما تتذكر عملية التشغيل الأولى بعد الترقية، فجأة، لم يعد الكمبيوتر بحاجة إلى خطاب تحفيزي قبل فتح Chrome.

ومع ذلك، لا يجعل ذلك ذاكرة الفلاش بديلًا لذاكرة RAM، فذاكرة RAM الخاصة بالنظام أسرع بكثير وتتعامل مع بيانات العمل المؤقتة، بينما توفر NAND تخزينًا دائمًا، كما أن مصطلح Flash ROM مضلل أيضًا، لأن ذاكرة الفلاش يمكن مسحها وإعادة الكتابة عليها.

أكبر عيوب ذاكرة الفلاش هو تآكلها

تدعم كل خلية NAND عددًا محدودًا من دورات البرمجة والمسح، ويؤدي تخزين المزيد من البتات في الخلية إلى زيادة الكثافة وخفض التكلفة، لكنه يؤدي أيضًا إلى تضييق الهامش الكهربائي بين حالات البيانات، وهذا أحد أسباب تقديم NAND من نوع QLC عادةً قدرة تحمل وأداء أقل من التصميمات الأبسط.

وتتجاوز أقراص SSD الحديثة الكثير من هذه المشكلة من خلال بعض عمليات الإدارة الذكية، إذ تقوم وحدات التحكم بتوزيع عمليات الكتابة على الخلايا المتاحة من خلال تقنية موازنة التآكل، وتصحيح الأخطاء، والتخلص من الكتل غير الموثوقة، والحفاظ على سعة احتياطية.

وتدير تقنيتا TRIM وجمع البيانات المهملة أيضًا مشكلة أخرى في NAND، إذ يمكن كتابة البيانات في صفحات صغيرة نسبيًا، لكن يجب مسح كتل أكبر بكثير قبل إمكانية إعادة استخدامها، وهذا يمثل قدرًا كبيرًا من عمليات الإدارة بالنسبة إلى وحدات تخزين الحالة الصلبة.

وتدفع كل هذه العمليات مشكلة قدرة التحمل إلى حد كبير بعيدًا عن أنظار معظم المستهلكين، وتقدم Samsung ضمانًا لوحدة 990 Pro بسعة 1 تيرابايت لمدة خمس سنوات أو حتى 600 تيرابايت من عمليات الكتابة، وهذا لا يعني أن محرك الأقراص سيتوقف عن العمل عند الوصول إلى 600 تيرابايت، كما أن Samsung لا تحدد متى سيتعطل SSD معين، لكن الملفات المهمة لا تزال بحاجة إلى نسخ احتياطية.

أسعار محركات SSD مقابل الأقراص الصلبة

ورغم إمكانية إدارة مشكلة قدرة التحمل، فإن السعر أقل تعاونًا، فلا تزال محركات الأقراص الصلبة توفر تخزينًا بكميات كبيرة بتكلفة أقل للنسخ الاحتياطية ومكتبات الوسائط الكبيرة والمهام الأخرى التي لا تكون السرعة فيها بنفس الأهمية.

وتوقعت TrendForce ارتفاع أسعار عقود NAND بنسبة تتراوح بين 70 و75% على أساس ربع سنوي في الربع الثاني من عام 2026، وتتوقع زيادة أخرى تتراوح بين 10 و15% في الربع الثالث، مشيرة إلى محدودية المعروض والطلب من الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات.

ما الذي يمكن أن يحل محل ذاكرة الفلاش؟

دفعت عيوب ذاكرة الفلاش بطبيعة الحال إلى ظهور العديد من البدائل المحتملة، فقد جرى الترويج لذاكرة تغيير الطور باعتبارها بديلًا محتملًا للفلاش منذ عام 2006، بينما قدمت Intel لاحقًا تقنية Optane باعتبارها حلًا يقع بين DRAM وNAND، مع كونها أسرع وأكثر تحملًا من الفلاش، وبدأت Intel في تقليص أعمال Optane تدريجيًا في عام 2022.

وتستمر الأبحاث في تطوير MRAM والذاكرة الحديدية الكهربائية وغيرها من البدائل، لكن لم يظهر حتى الآن مرشح واضح يمكنه إزاحة NAND من سوق التخزين الرئيسي.

ولا تزال NAND نفسها تزداد كثافة من خلال هياكل 3D الأطول وتصميمات الخلايا الأكثر تعقيدًا.

ومع تجاوز تقنية 3D NAND التجارية بالفعل حاجز 300 طبقة، فمن الواضح أن هذه التقنية لم تتوقف عن التطور.