Trả lời: Dave Haynie – Kỹ sư điện tử và có niềm đam mê công nghệ suốt đời.
Mỗi thẻ microSD cơ bản đều có chung một thứ ở trong. Ở một mặt là chip nhớ flash đơn, mặt còn lại là chip điều khiển. Chỉ thế thôi. (ảnh 1)
Dần theo tăng lên mật độ của chip flash NAND, dung lượng của thẻ microSD cũng tăng theo. Ngày nay, một chip đơn có thể chứa đến 512GB bộ nhớ flash. Làm sao như thế được nhỉ?
Trong bộ nhớ flash, mỗi “cell” nhớ là một transistor MOSFET kênh N với 1 bit hoặc hơn 1 bit. Một transistor FET này hoạt động như một cái van kiểm soát electrons… khi bạn thay đổi điện áp trên cực “gate”, thì ở “kênh” (channel) sẽ có sự thay đổi về mặt dẫn điện. Và ở trong mỗi một tế bào flash nhớ, có một thứ nữa gọi là “cổng nổi” (floating gate), là một cổng mà được cách điện xung quanh (ảnh 2).
Chip flash dùng một tính chất kỳ diệu của cơ học lượng tử (hiệu ứng đường hầm Fowler-Nordheim) để đẩy các electron xuyên qua lớp cách điện. Các electron đó ở yên trong “cổng nổi”. Cho nên, transistor FET không chứa electrons thì trạng thái được đọc là “high”, chứa electron thì là “low” (vì khi tác dụng điện thế dương vào cực Gate, transistor không chứa electrons trong cổng nổi thì cho phép dòng điện chạy qua như một MOSFET bình thường, còn chứa electrons thì ngược lại), và đây là thứ cấu tạo nên bit trong bộ nhớ của các bạn. (ảnh 3,4)
Nhưng qua một thời gian, người ta thấy như thế vẫn chưa đủ, … và vì nó không phải là kiểu thiết bị digital, họ “nhét” electrons vào cổng nổi với 3 “lượng” khác nhau, cộng với mức 0, tada, chúng ta có MLC (multi-level cell) flash chứa được 4 giá trị hay là 2 bits dữ liệu. Ngay lập tức, với cùng một kiểu thiết kế nhưng dung lượng đã được tăng lên gấp đôi. Ngoài ra còn có cả TLC chip ( triple-level cell) với 8 giá trị hay 3-bits/cell và QLC chip (qual-level cell) với 16 giá trị hay 4-bits/cell.
Và có thể bạn biết rằng ICs vẫn tiếp tục nhỏ đi. Nghe có vẻ rất tốt, nhưng nghĩ kỹ hơn, nó không thể nhỏ dần mãi được. Bạn chỉ có thể nhét được một lượng nhất định electrons vào trong cổng nổi của con transistor 10nm thôi, và theo thời gian thì một số electrons sẽ xuyên hầm chạy đi mất. Vậy nên, càng làm một cell nhớ nhỏ đi thì nó càng ít tin cậy và vòng đời ngắn hơn.
Giống như con người đã làm khi họ hết chỗ ở từ nhiều thế kỷ trước, các nhà thiết kế chip đã xếp chúng chồng lên nhau như các tòa nhà cao tầng. Tất cả các bộ nhớ flash mật độ cao hiện nay đều là công nghệ chip 3D nhiều lớp. Tôi nghĩ một vài công ty đã đạt đến 128 lớp. Một con chip trước chỉ lưu trữ được 512MB bây giờ có gấp 128 lần số đó lên với cùng một khuôn. Trong thực tế, khi 3D NAND dần đi vào hiện thực, các công ty chip đều quay trở lại sản xuất chip với hình khối lớn hơn, cho phép các tế bào nhớ hơn và do đó, nó đáng tin cậy hơn. (ảnh 5)
Và tôi nghĩ rằng chúng ta đã có thiết bị NAND flash đơn chip 1TB rồi. Dù một số người nhấn mạnh về thuật ngữ “chip”, giống như kiểu bạn mua một cái trông-giống-chip nhưng thực chất đó là một môđun nhiều con chip ghép với nhau. Với microSD thì không cần quan tâm làm gì, miễn là nó đủ nhỏ để vừa với kích thước chuẩn. Và không cần chờ đợi lâu, như bạn thấy ở đây, một con chip UFS trên một chiếc microcard (ảnh 6). Và cũng đã có những khe cắm thẻ có thể dùng cho cả microSD và microUFS rồi đấy.
_______________________________
T/N 1: Khổ cuối mình không hiểu ý OP lắm nên dịch hơi ngáo, mong bạn nào đó có thể sửa giúp mình.
T/N 2: Câu trả lời có vẻ khá lan man không liên quan đến câu hỏi nên mình mạnh dạn tóm tắt: Kích thước thực tế thì 400 GB sẽ lớn hơn 2GB, nhưng làm như thế thì phải có hàng trăm loại kích cỡ thẻ để phù hợp với từng dung lượng khác nhau. Vậy nên họ đề ra một kích cỡ tiêu chuẩn để dễ dàng sử dụng hơn. Và ngày nay, người ta đã chế tạo được những con chip UFS có dung lượng đến 1TB và tốc độ đọc ghi khá là “SSD” với kích thước tí hon có thể đóng gói gần giống với thẻ SD truyền thống hay tích hợp vào điện thoại. (Ảnh 7)
Nguồn tham khảo: https://www.samsung.com/semiconductor/estorage/ufs/
https://www.samsung.com/semiconductor/global.semi.static/UFS_Card_White_Paper_180612.pdf