2D NAND e 3D NAND são tecnologias usadas em armazenamento móvel e desktop. A memória flash NAND é usada para a tecnologia de unidade de estado sólido (SSD, Solid-State Drive) para oferecer armazenamento mais confiável e rápido em computadores desktop e dispositivos móveis. Dependendo dos seus objetivos, você pode escolher entre as duas tecnologias para criar servidores e dispositivos de backup.
Embora o 2D NAND agora esteja essencialmente obsoleto no armazenamento corporativo moderno, entender a evolução do 2D para o 3D NAND ajuda a ilustrar por que a tecnologia 3D NAND de hoje se tornou a base para todas as soluções de armazenamento flash modernas.
NAND 3D vs. NAND 2D
O 3D NAND agora é a tecnologia NAND padrão, tendo substituído completamente o 2D NAND em praticamente todos os novos produtos de armazenamento. A tecnologia de armazenamento flash NAND usa células empilhadas em um rack pequeno para dar aos usuários um componente de armazenamento menor com melhor desempenho. Os dispositivos 2D NAND colocam as células de armazenamento lado a lado. O 3D NAND adiciona outra camada e empilha as células verticalmente. A evolução atual da tecnologia 3D NAND contém centenas de camadas de células de memória. Ao ter mais células de memória dentro do rack da unidade, o 3D NAND fornece mais armazenamento em velocidades mais rápidas.
Como a memória flash NAND armazena dados
O armazenamento em qualquer dispositivo é uma série de unidades e zeros. A unidade de armazenamento básica na tecnologia de memória flash é chamada de gate. Quando há elétrons no gate, o valor é 0. Quando não há elétrons, o valor é 1. Diferentes níveis de tensão representam diferentes padrões de bit. Quando os dados são gravados, quantidades precisas de carga elétrica são injetadas em cada célula. Durante as operações de leitura, o controlador de armazenamento mede o nível de tensão e o converte de volta em bits. O número de níveis de tensão depende do tipo de célula: SLC (dois níveis), MLC (quatro níveis), TLC (oito níveis) ou QLC (16 níveis).
Os gates em 2D NAND são alinhados horizontalmente. A tecnologia 2D NAND não é tão popular agora, pois o 3D NAND tem uma tecnologia de transistor melhor para interromper a descarga de elétrons, o que essencialmente causa perda de dados. A tecnologia de armadilha de carga na tecnologia 3D NAND é preferida por desempenho e integridade de dados.
Entendendo a arquitetura de SSD
Um SSD combina memória flash NAND com um controlador e uma interface que permite que a unidade funcione como um substituto direto para unidades de disco rígido tradicionais. As SSDs incluem uma camada de tradução flash (FTL, Flash Translation Layer), que é um firmware interno desenvolvido para gerenciar o nivelamento de desgaste, a correção de erros e o gerenciamento inadequado de blocos enquanto se traduz entre endereços lógicos e físicos.
Um dispositivo de armazenamento flash 3D NAND também oferece muito mais armazenamento a um preço menor do que os dispositivos 2D NAND. A tecnologia avançada 3D NAND reduz o consumo de energia em até 50% e aumenta a velocidade com que o dispositivo pode gravar dados nas células em três a quatro vezes em comparação com o legado 2D NAND.
Vantagens técnicas do 3D NAND moderno
Densidade e capacidade
- NAND 2D: Limitado a aproximadamente 128Gb (16 GB) por matriz
- NAND 3D moderno: Até 2Tb (256 GB) por matriz, com 4Tb matrizes em desenvolvimento
- Módulos DirectFlash® da Pure Storage®: Aproveite o 3D NAND para fornecer até 150TB em um único módulo (300 TB em breve)
Métricas de desempenho
- Velocidades de leitura sequencial: Até 7GB/s com interface NVMe
- Velocidades de gravação sequencial: Até 5GB/s
- IOPS aleatórios: Mais de 1 milhão de IOPS para leituras aleatórias de 4K
- Latência: Sub-100 microssegundos para TLC NAND 3D corporativo
Resistência e confiabilidade
- NAND TLC 3D: 3.000 a 5.000 ciclos de P/L
- QLC NAND 3D: 500 a 1.000 ciclos de P/E
- Correção aprimorada de erros com códigos de verificação de paridade de baixa densidade (LDPC, low-density parity-check)
- Melhor retenção de dados por meio do isolamento aprimorado de células
Benefícios do 3D NAND vs. 2D NAND
Como um dispositivo flash 3D NAND contém muito mais células de armazenamento do que um dispositivo 2D NAND, os usuários obtêm mais capacidade de armazenamento com a tecnologia mais recente. As SSDs têm uma vida útil limitada, especialmente quando são usadas em dispositivos onde várias gravações são realizadas. Para cada gravação, um SSD perde um pouco de sua vida útil. Todas as SSDs têm uma vida útil limitada, mas as células adicionais fornecem mais ciclos de gravação com um dispositivo 3D NAND em comparação com um dispositivo 2D NAND.
Devido à melhor tecnologia de transistores e ao empilhamento de células de memória, o 3D NAND é a tecnologia preferida para a maioria dos datacenters e organizações. O 3D NAND oferece velocidades mais rápidas e capacidade de armazenamento adicional. A desvantagem é que a tecnologia 3D NAND é mais cara de produzir, o que a torna mais cara para as organizações.
Para servidores com rack menor, os dispositivos 3D NAND são preferidos porque são menores. Os fabricantes de servidores têm espaço limitado para instalar hardware, e o 3D NAND permite que eles forneçam mais armazenamento para seus usuários por um custo menor e sem os requisitos de espaço 2D NAND. O 3D NAND também usa menos energia, por isso causa menos consumo em uma bateria de fonte de alimentação ininterrupta (UPS).
Quando usar o 3D NAND
Usar o 3D NAND reduzirá os custos e o consumo de energia. Ela também tem uma vida útil mais longa e oferece velocidades mais rápidas. Para a maioria dos aplicativos, o 3D NAND é o vencedor claro. Servidores mais novos podem vir com um dispositivo de armazenamento NAND 3D, mas você também pode comprá-los para instalar capacidade de armazenamento adicional em um servidor existente. Se você estiver procurando um novo SSD, um dispositivo 3D NAND será mais barato por gigabyte de armazenamento e fornecerá terabytes de capacidade de armazenamento.
O 3D NAND oferece muito mais capacidade de armazenamento do que o 2D NAND. Os blocos de memória 2D NAND armazenam até 1,6 TB, mas os wafers de memória 3D NAND oferecem até 128TB. Mesmo com a diferença de custo, o 3D NAND é mais benéfico para organizações com grandes requisitos de armazenamento de dados. Os datacenters e as organizações corporativas preferem o 3D NAND por sua maior capacidade de armazenamento e integridade de dados.
Casos de uso corporativo para o 3D NAND moderno
Computação de alto desempenho
- Conjuntos de dados de treinamento de AI/ML que exigem grande capacidade e alta taxa de transferência
- Análise em tempo real processando petabytes de dados
- Sistemas de negociação de alta frequência que precisam de baixa latência uniforme
Virtualização e nuvem
- Infraestrutura de Virtual Desktop Infrastructure (VDI, Virtual Desktop Infrastructure) compatível com milhares de usuários
- Plataformas de orquestração de contêineres com necessidades persistentes de armazenamento
- Ambientes de nuvem com vários locatários que exigem desempenho previsível
Aplicativos essenciais
- Bancos de dados corporativos (Oracle, SQL Server, SAP HANA)
- Registros médicos eletrônicos e imagiologia médica
- Sistemas de processamento de transações financeiras
Quando usar o 2D NAND em vez do 3D NAND
Dispositivos mais antigos com tecnologia 2D NAND podem ser atualizados para a mais recente tecnologia 3D NAND. Uma boa maneira de reciclar a tecnologia 2D NAND mais antiga é mover o dispositivo 2D NAND para arquivar o armazenamento não crítico. O armazenamento de arquivos ainda teria uma vida útil limitada e precisaria de substituição eventual, mas usá-lo para arquivos simples reduziria as gravações para o número de vezes que os arquivos são armazenados permanentemente até que fossem necessários para recuperação.
Conclusão
Ao comprar mais espaço de armazenamento, você pode escolher entre a tecnologia 2D e 3D NAND. Na maioria dos casos, o 3D NAND é a melhor opção para seus aplicativos, mesmo que você esteja instalando armazenamento para uso pessoal. Você pode até mesmo querer substituir a tecnologia 2D NAND mais antiga por 3D NAND mais recente para que possa aproveitar seu menor consumo de energia e velocidades mais rápidas.
