Cómo funcionan las unidades de estado sólido

Las unidades de estado sólido, o SSD, son ahora dispositivos de almacenamiento comunes. Pero el aumento de la popularidad rara vez significa una mayor comprensión. Si no está seguro de cómo funciona un SSD, no está solo. Aquí explicamos cómo funciona realmente la memoria flash, también conocida como memoria NAND, qué significan los diferentes “niveles” de NAND y cómo obtener una buena oferta en un SSD hoy.

¿Qué es la memoria NAND?

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Los procesadores de computadora y la memoria se construyen a partir de puertas lógicas. Éstas son la manifestación física de la capacidad de la computadora para procesar 1 y 0. En función de sus insumos, proporcionan ciertos productos. Los diferentes tipos de puertas procesan las entradas de manera diferente. En términos muy generales, la cuidadosa combinación de estas puertas permite que una computadora haga de todo, desde sumar dos números hasta reconocer fotografías.

La memoria SSD se construye a partir de puertas NAND, que son un tipo de puerta lógica. NAND significa “no Y” y es el inverso de la puerta lógica común “Y”.

¿Cómo puede una puerta lógica almacenar información?

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Las puertas NAND tienen una propiedad especial que no comparten la mayoría de los tipos de puertas lógicas. Las puertas NAND se pueden usar para crear lo que se llama una puerta flip-flop. Este es un circuito hecho de dos puertas NAND conectadas juntas de una manera muy específica. Como se vio arriba, la salida de cada puerta NAND está conectada a la entrada de su socio.

Este cableado permite el almacenamiento de 1 y 0 a lo largo del tiempo y sin energía. Entonces, con el cableado adecuado, las puertas NAND pueden crear memoria de computadora por un bit. Junte un montón de puertas NAND y podrá almacenar un montón de bits. Y eso es lo que hace que la memoria flash y, eventualmente, un SSD.

¿Qué es SLC, MLC, TLC y QLC?

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El almacenamiento flash se basa en celdas, que almacenan bits. El medio de almacenamiento más básico es una “celda de un solo nivel” o SLC. Estas celdas se pueden configurar en 0 o 1 para indicar encendido y apagado. Estas celdas son rápidas y duraderas, pero no brindan mucho almacenamiento. Necesitamos almacenar más de un bit por celda para aumentar eso.

Ahí es donde entran las celdas multinivel, o MLC. Estas celdas almacenan dos bits de información en un transistor utilizando cuatro niveles de carga. Por ejemplo, pueden usar 0v, 1v, 2v y 3v para representar 00, 01, 10 y 11 en binario. Estas celdas se adaptan a más datos, pero también requieren técnicas más precisas para el almacenamiento y la recuperación.

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Los SSD más nuevos están construidos en celdas de tres niveles, o TLC, lo que permite que cada celda almacene tres bits. Esto requiere una fabricación aún más precisa, aumentando el costo y la capacidad a expensas de la velocidad y la confiabilidad.

El siguiente paso son las celdas de cuatro niveles o QLC. Si bien Intel y Micron han desarrollado un proceso para esto, no es probable que veamos una adopción masiva durante años.

¿Qué es 3D NAND?

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Los primeros SSD se fabricaron como procesadores de computadora. Fueron creados en un plano bidimensional, y la capacidad y la velocidad se incrementaron al contraer los transistores que formaban el troquel. Cuantos más transistores pueda colocar en un dado, más datos podrá almacenar. Pero a diferencia de los transistores de CPU, los transistores SSD no pueden bajar mucho menos de 15 nm. Esto se debe a que, a ese nivel, los electrones pueden comenzar a filtrarse a los transistores cercanos, corrompiendo los datos.

Para sortear esta limitación, los fabricantes crearon 3D NAND. Aquí, los transistores también se apilan uno encima del otro. Este proceso tridimensional, a veces llamado V-NAND, permite que hasta sesenta y cuatro capas de transistores ocupen un solo dado. Esto aumenta las posibilidades de almacenamiento en un orden de magnitud.

La compensación es que 3D NAND requiere técnicas de fabricación extremadamente precisas para crear las columnas de transistores hiperprecisos. Esto es especialmente importante para los SSD de tipo MLC, TLC y QLC, que ya requieren una fabricación de alta precisión para funcionar correctamente. Pero eso no ha impedido que se apodere del mercado moderno.

Como todo se junta

Muchas fábricas están lanzando unidades 3D TLC NAND, pero todavía hay un stock significativo disponible de unidades MLC que son rápidas, moderadamente grandes y, de repente, muy baratas. Si está buscando una ganga, ahora es el momento de comprar. Es una tecnología un poco más antigua, pero la principal diferencia estará en el tamaño de almacenamiento más que en el rendimiento. Si hay una ganga en una unidad 3D MLC NAND que sea lo suficientemente grande para usted, no dude en lanzarse.

Como en todas las cosas electrónicas, una historia de confiabilidad del fabricante es extremadamente importante. Se pueden fabricar unidades baratas sin nombre en nodos de proceso más antiguos o con tolerancias más flexibles. También pueden provenir de las sobras de fabricantes más exigentes, vendiéndole las sobras lo suficientemente funcionales. Tampoco son una receta para el éxito a largo plazo.

La próxima gran revolución en la tecnología SSD vendrá con una capacidad enormemente mayor en niveles de potencia iguales o similares. Podemos esperar verlos implementados en el transcurso de los próximos años a medida que las fundiciones adquieran experiencia con las técnicas necesarias para el diseño del nuevo proceso.

Credito de imagen: flashdba, Cactus Tech

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