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Existen varios tipos de memoria flash NAND, cada uno adaptado a necesidades y usos específicos. Profundicemos en los detalles de cada tipo:
SLC (Célula de nivel único):
La memoria flash SLC NAND almacena un bit de datos por célula. Es increíblemente rápida y confiable, lo que la hace ideal para aplicaciones de misión crítica que requieren el mejor rendimiento y resistencia. Sin embargo, SLC también es muy caro, por lo que su uso generalmente se reserva para aplicaciones donde el costo no es un problema y la alta confiabilidad es esencial, como en servidores empresariales o sistemas integrados de gama alta.
MLC (Célula de nivel múltiple):
La memoria flash MLC NAND, que guarda varios bits en cada célula, se utiliza con frecuencia debido a su excelente relación costo-beneficio. La productividad de SLC es similar a la de MLC, pero el precio es mucho más bajo. Como resultado, es una excelente alternativa para proyectos que almacenan y manejan grandes cantidades de datos, como reproductores multimedia portátiles y electrónica de consumo digital. Aunque menos potente que SLC, MLC cumple con la mayoría de los requisitos de la aplicación.
TLC (Célula de triple nivel):
En cada célula, la memoria flash TLC NAND guarda tres bits, lo que la hace más lenta y menos duradera que las otras dos. Sin embargo, también es más barata, por lo que a menudo se utiliza en dispositivos de consumo como unidades flash USB y tarjetas de memoria.
Por ejemplo, en las unidades flash USB, TLC puede almacenar más datos a un costo más bajo, por lo que es más económico para los consumidores. Sin embargo, las velocidades más lentas y la menor resistencia de TLC no son importantes en las unidades flash USB; los usuarios no notarán la diferencia en el rendimiento o el desgaste.
En aplicaciones críticas que requieren alto rendimiento y durabilidad, como servidores empresariales o sistemas integrados, el uso de TLC no es económico porque la confiabilidad y el rendimiento son inferiores a MLC o SLC. Para tales usos, la mayor confiabilidad y durabilidad de MLC y SLC justifican el costo adicional.
QLC (Célula de nivel cuádruple):
La memoria flash QLC (Célula de nivel cuádruple) NAND almacena cuatro bits de datos por célula, lo que permite mayores capacidades. Sin embargo, debido a que solo tiene un nivel de almacenamiento, es menos duradera y más lenta que la célula de triple nivel. QLC es adecuada para cargas de trabajo que requieren alta capacidad pero no se preocupan por el rendimiento o la resistencia, como el archivado de datos fríos.
PLC (Célula de nivel penta):
Al igual que el almacenamiento QLC, la memoria NAND PLC tiene una capacidad de almacenamiento de hasta ocho bits por célula. Eso lo hace menos costoso pero también menos duradero y más lento que otros tipos de memoria. Sin embargo, dado que QLC solo tiene un nivel de almacenamiento, es menos confiable y más lenta que la memoria de célula de triple nivel. QLC es más adecuada para cargas de trabajo que necesitan alta capacidad pero no se preocupan por el rendimiento o la resistencia, como el archivado de datos fríos.
Las funciones y características de la memoria flash NAND afectan su rendimiento, y comprenderlas ayuda a los compradores a tomar decisiones de compra informadas.
Niveles de voltaje programables
La memoria flash NAND utiliza los niveles de voltaje para almacenar bits. Una célula puede tener una sola (SLC), dos (TLC), tres (MLC) o cuatro (QLC) etiquetas. Cuantas más células por nivel, más datos se pueden almacenar en un área determinada. Por ejemplo, las células QLC tienen cuatro niveles de voltaje, mientras que SLC tiene uno. Los dispositivos con diferentes números de células por nivel son compatibles con las células QLC. Sin embargo, funcionan a velocidades más lentas que NAND con menos células por nivel.
Borrado de bloque
Toda memoria flash requiere un proceso de borrado y escritura para almacenar o cambiar datos. Los bloques QLC NAND son donde se borran los datos. Este proceso implica restablecer todas las células a su estado original antes de escribir nueva información. Cada célula tiene un número finito de ciclos de programa/borrado, por lo que usar un bloque para borrar datos puede extender la vida útil de la unidad. Cada bloque tiene varias páginas, y después de un borrado, la escritura de página comienza desde el primer bloque.
Compresión de datos
Las unidades QLC NAND utilizan algoritmos de compresión de datos para mejorar el rendimiento y extender la resistencia. Estos algoritmos minimizan los ciclos de escritura y borrado, haciendo que la unidad dure más tiempo. Además, los datos comprimidos ocupan menos espacio, dejando espacio para más información, lo que aumenta la velocidad.
Amplificación de escritura
La escritura de memoria flash QLC NAND implica múltiples escrituras y borrados internos para cada escritura externa. Este fenómeno se atribuye a la necesidad de borrar bloques antes de escribir y al requisito de múltiples escrituras para cambiar los datos. La amplificación de escritura reduce la resistencia de una unidad y aumenta sus costos operativos. Estrategias como el uso de una caché DRAM de alta calidad y el ofrecimiento de un modo de almacenamiento en caché SLC con escrituras alternativas pueden minimizar el problema.
Nivelación de desgaste dinámica y estática
La nivelación de desgaste es crucial para extender la vida útil de la memoria flash NAND. El desgaste dinámico es necesario para adaptarse a los datos cambiantes y utilizar células de memoria nuevas. Por otro lado, la nivelación de desgaste estática es vital para mantener el uso de la célula uniforme. Incorporar ambas funciones en un solo algoritmo permite una gestión de datos diversa y extender la utilidad de la unidad.
Limitación térmica
Esta característica ayuda a reducir la temperatura y prevenir daños. La memoria QLC NAND tiene una temperatura umbral máxima, y si excede ese punto, el rendimiento disminuye. La memoria no puede caer por debajo de un nivel de temperatura especificado para mejorar el rendimiento después de regresar a una temperatura de funcionamiento segura.
Las aplicaciones de la memoria flash NAND son diversas y abarcan múltiples industrias. Esto se debe principalmente a su capacidad de almacenar datos y entregar velocidad en la ejecución de tareas. Estas son algunas de las áreas importantes donde se utiliza el almacenamiento NAND:
Al comprar memoria flash NAND para la venta, los compradores deben conocer el tipo de aplicaciones que sus consumidores utilizarán el dispositivo. Esto ayudará a los compradores a comprar el tipo de capacidad y resistencia adecuados. Para aplicaciones móviles o electrónica de consumo, los compradores pueden optar por TLC ya que ofrece un buen equilibrio entre capacidad, rendimiento y costo. Para aplicaciones industriales, SL y FL pueden ser una opción ideal ya que ofrece mayor resistencia. Los compradores también pueden optar por NAND con una corrección de errores LDPC ya que ofrece una mejor integridad de los datos que otros métodos de corrección.
A continuación, se presentan algunos factores que los compradores deben considerar al comprar NAND flash:
P1. ¿La memoria flash NAND se desgasta?
A1. Sí. Cada célula tiene un número limitado de ciclos de programa/borrado. Pero los dispositivos de almacenamiento modernos utilizan algoritmos de nivelación de desgaste y códigos de corrección de errores para distribuir el desgaste uniformemente y extender la vida útil. A veces, la memoria flash está sobre aprovisionada con almacenamiento adicional para usar para este propósito.
P2. ¿Cómo se organiza la memoria flash NAND?
A2. La memoria flash NAND se organiza en bloques, páginas y planos. Los bloques contienen varias páginas, y cada dado puede consistir en varios chips apilados llamados planos. La unidad básica de almacenamiento de datos es una página, mientras que el bloque es la unidad básica de borrado. Durante una operación de escritura o eliminación, todo el bloque debe borrarse antes de que se puedan escribir nuevos datos, lo que lo hace diferente de otros tipos de flash.
P3. ¿Pueden los clientes comprar memoria flash NAND directamente?
A3. No. Los componentes de memoria flash NAND generalmente se venden a fabricantes que los integran en productos finales como teléfonos inteligentes o SSD. Como constructor de sistemas o fabricante de productos, uno puede adquirir piezas terminadas de SSD que contienen memoria flash NAND para la reventa, pero los chips NAND sin procesar generalmente se venden al por mayor a los productores en la industria de la electrónica de consumo. Esto se debe a que se requiere integración, diseño y prueba especializados para utilizar los chips NAND de manera efectiva en un producto.
P4. ¿Existe alguna diferencia entre la memoria flash NAND SLC, MLC, TLC y QLC en términos de rendimiento, potencia y costo?
A4. Sí. Existen diferencias importantes entre los cuatro tipos de NAND. SLC es el más rápido y duradero, pero también el más caro por gigabyte. QLC ofrece la mayor capacidad a un costo más bajo, pero es menos confiable y más lento que TLC y MLC.
P5. ¿Qué deben considerar los compradores al elegir la memoria flash para sus aplicaciones?
A5. Los requisitos de la aplicación y el caso de uso. Piense en la capacidad, el rendimiento, la durabilidad, el consumo de energía y el costo. También considere el factor de forma y la compatibilidad de la interfaz.
