De afgelopen jaren maakt de industrie voor dataopslag een stormachtige ontwikkeling door. Ssd’s op basis van een SATA-aansluiting en –controller zijn nog maar net ingeburgerd, of Intel introduceert al de NVMe-standaard die dataoverdracht vele malen sneller maakt. Ook Samsung - die dankzij het bijna volledig binnenshuis kunnen ontwikkelen en produceren van d’s een sterke marktpositie heeft verworven – staat niet stil en gooit hoge ogen met zijn 3D V-NAND-geheugen.
Nanda kore-wa?
NAND is voor de verandering eens niet een afkorting, maar verwijst naar een type logische poort. Als alle input ‘1’ is (‘AND’), geeft de uitgang een ‘0’ (‘N’, voor ‘NOT’). NAND-geheugen wordt al jaren gebruikt en bestaat uit speciaal soort schakelaar. Dit type transistor laat een stroom elektronen van de Source door een kanaal naar de Drain lopen. Dicht tegen dit kanaal zit een Floating Gate, omhuld met een slecht geleidende laag metaal, met daarachter een Control Gate.
Als er een hoge spanning op de Control Gate en de Source wordt gezet (‘AND’), springen er elektronen naar de Floating Gate en vanwege het isolerende omhulsel blijft die elektron op z’n plek. De gevangen elektronen voorkomen op hun beurt weer dat andere elektronen van de Source naar de Drain kunnen stromen (‘NOT’). De geheugencel is geladen en een enkele bit is opgeslagen. De individuele cellen zijn vervolgens geplaatst in een raster van zogenaamde Wordlines en Bitlines. Die ‘words’ komen we later weer tegen.
Dit proces werkt uitstekend, maar is niet zonder nadelen. Om een elektron ertoe te verleiden om door die isolerende laag te tunnelen en om hem er weer uit te duwen, heb je aardig wat spanning nodig. Als je zoveel mogelijk van zulke geheugencellen in een chip wilt proppen, moet je, vergelijkbaar met proce ors, het procedé verkleinen waarmee je de transistors in silicium etst. Hoe dichter de transistors op elkaar zitten, hoe groter het risico is dat de schakelaars elkaar beïnvloeden en fouten maken. Daar komt bij dat de isolatielagen slijten bij elke schrijf- en wisactie. Zeker bij kleine formaten en constructies waarbij cellen meerdere bits kunnen bevatten (zoals bij de Samsung EVO 840) zijn transistors zeer gevoelig voor slijtage. Momenteel is 14 nanometer het kleinste procedé, maar veel kleiner zal het dus niet snel worden.
Vernuftige vernieuwing
Samsung komt met een slimme oplo ing voor dit probleem, gebaseerd op innovaties van AMD, Fujitsu en Toshiba. In plaats van een vlak raster van geheugencellen, zet de Koreaanse elektronicagigant meerdere rasters overeind en naast elkaar als een soort boekenplank. Hierdoor krijgt Samsung het voor elkaar om de bitdichtheid van een geheugenchip enorm te verhogen. De tweede generatie van V-NAND-geheugen, te koop als de Samsung 960 Pro of Evo, kan 48 cellen de hoogte in gaan en de recent aangekondigde vierde generatie haalt 64 lagen. Op basis van deze technologie hoopt Samsung eind dit jaar consumenten- d’s te kunnen brengen met een capaciteit van maar liefst 8 TB.
Een tweede verbetering ten opzichte van standaard NAND-geheugen is dat Samsung de Floating Gate vervangt met een zogeheten Charge Trap. Een Charge Trap werkt op vergelijkbare wijze als de Floating Gate, maar trekt een lading niet naar een halfgeleider, maar naar een niet geleidende isolator. De elektronen blijven zo perfect op hun plaats zitten, zodat je gemakkelijker meer bits bij elkaar in de buurt kunt opslaan. Het mooie aan een Charge Trap is dat je een lager voltage nodig hebt om een cel te programmeren, waardoor de d minder vermogen vraagt van je pc en de transistor minder slijt.
Maar het belangrijkste blijft nog wel die bitdichtheid. Dat d’s razendsnel zijn ten opzichte van de ouderwetse mechanische harde schijf is inmiddels wel bekend, maar de prijs per gigabyte blijft met ongeveer 30 cent aan de hoge kant. Ter vergelijking: een traditionele harde schijf kost je ongeveer vijf cent per gigabyte. Met Samsungs methode – net als die van andere fabrikanten die aan vergelijkbare oplo ingen werken – pa en er nu pijnloos veel meer bits op het oppervlak van een flashchip dan een paar jaar geleden. De techniek is nog nieuw en daardoor duur – 50 tot 60 cent per gigabyte – maar de ontwikkeling van snellere en grotere opslag heeft nu een weg vooruit en de prijzen zullen daarom de komende jaren dalen. We zijn nog niet op het punt dat de mechanische harde schijf in de prullenbak kan, maar we zijn op weg.
Top of the teraflops
Dan iets heel anders: teraflops. Het uitzoeken van een goede videokaart doe je niet even. Wie wil er nou architecturen vergelijken, kloksnelheden naast elkaar leggen en geheugenbandbreedtes berekenen? Niemand wordt daar gelukkig van en daarom is het heel verleidelijk om te zoeken naar een enkele maatstaf waarlangs je alle videokaarten kunt leggen. Zie daar de flops, of voluit: ‘floating point operations per second’.
Een floating point – ‘zwevendekommagetal’ in goed Nederlands – is de manier waarop de meest uiteenlopende getallen in een specifiek aantal binaire cijfers kan worden opgeschreven. Een voorbeeld is een getal als 4,326 x 10^15, wat een veel efficiëntere manier van opschrijven is dan 4.326.000.000.000.000. Proce ors doen dit ook, maar dan met enen en nullen. Het belang van zwevendekommagetallen schuilt in het feit dat proce ors maar een beperkt aantal tekens in de ‘woorden’ kwijt kunnen waarmee ze berekeningen uitvoeren. Hoeveel bits zo’n woord kan bevatten hangt af van de proce orarchitectuur, maar 16, 32 en 64 bit komen vaak voor. Precies: die woordlengte is ook waar de naam van de Nintendo 64 op slaat.
Appels en peren
Een zwevendekommagetalberekening – 59 punten, zonder verdubbelaars – of ‘floating point operation’ is een van de meest elementaire handelingen die een proce or kan doen en per kloktik kan een videokaart er twee verwerken. De rauwe rekenkracht van bijvoorbeeld de Asus Strix GTX 1080 die we gebruiken in de video is dan vrij eenvoudig te berekenen. Je neemt het aantal rekenkernen (Cuda Cores in Nvidia-taal) en vermenigvuldigt dat met de frequentie waar de kernen op draaien. 2560 Cuda Cores maal 1733 MHz maal 2 is 8.872.960 megaflops, of afgerond 8,9 teraflops. Nu heb je een mooi eenduidig getal om al die fanboys mee uit te lachen.
Of toch niet? Net zoals het aantal megapixels dat een camera kan vastleggen weinig betekenis heeft als je niet weet wat voor lens er op zit, zijn teraflops maar een gedeelte van het verhaal. Als je de 8,9 teraflops van de Nvidia GTX 1080 vergelijkt met de 8,6 teraflops van de AMD R9 Fury X, zou je verwachten dat de kaart uit het rode kamp nauwelijks achterloopt op zijn groene concurrent. Maar wat blijkt? De 1080 presteert in veel games tot wel 50 procent beter dan de Fury X. Dit verschil kan aan van alles liggen: de architectuur van de chip, het stuurprogramma of de game, maar het belangrijkste wat we hier van kunnen leren is dat je meer hebt aan benchmarks dan aan teraflops.
Dit artikel is mede mogelijk gemaakt door Asus en Samsung. De inhoud is volledig bepaald door de redactie van Gamer.nl. Klik hier voor een overzicht van meer artikelen en video's over Asus producten en hier voor een overzicht van meer artikelen en video's over Samsung Storage .