2D NAND und 3D NAND sind Technologien, die in Desktop- und mobilem Storage verwendet werden. NAND-Flash-Speicher wird für Solid-State-Drive-Technologie (SSD) verwendet, um einen zuverlässigeren und schnelleren Storage in Desktop-Computern und mobilen Geräten zu bieten. Je nach Ihren Zielen können Sie zwischen den beiden Technologien zum Aufbau von Servern und Backup-Geräten wählen.
Während 2D-NAND im modernen Enterprise-Storage mittlerweile im Wesentlichen veraltet ist, hilft das Verständnis der Entwicklung von 2D zu 3D-NAND zu verdeutlichen, warum die heutige 3D-NAND-Technologie die Grundlage für alle modernen Flash-Storage-Lösungen geworden ist.
3D-NAND vs. 2D-NAND
3D NAND ist jetzt die Standard-NAND-Technologie und hat 2D NAND in praktisch allen neuen Storage-Produkten vollständig ersetzt. NAND-Flash-Storage-Technologie verwendet Zellen, die in einem kleinen Gehäuse gestapelt sind, um Benutzern eine kleinere Storage-Komponente mit besserer Performance zu bieten. 2D-NAND-Geräte platzieren Storage-Zellen nebeneinander. 3D NAND fügt eine weitere Schicht hinzu und stapelt Zellen vertikal. Die aktuelle Entwicklung der 3D-NAND-Technologie umfasst Hunderte von Speicherzellenschichten. Da sich mehr Speicherzellen im Gehäuse des Laufwerks befinden, bietet 3D NAND mehr Storage bei höheren Geschwindigkeiten.
So speichert NAND-Flash-Speicher Daten
Storage auf jedem Gerät ist eine Reihe von Einsen und Nullen. Die grundlegende Storage-Einheit in der Flash-Speichertechnologie wird als Gate bezeichnet. Wenn Elektronen im Gate vorhanden sind, ist der Wert 0. Wenn keine Elektronen vorhanden sind, ist der Wert 1. Verschiedene Spannungspegel stellen unterschiedliche Bitmuster dar – wenn Daten geschrieben werden, werden präzise Mengen an elektrischer Ladung in jede Zelle eingespeist. Während der Lesevorgänge misst der Storage-Controller den Spannungspegel und übersetzt ihn in Bits zurück. Die Anzahl der Spannungspegel hängt vom Zelltyp ab: SLC (zwei Ebenen), MLC (vier Ebenen), TLC (acht Ebenen) oder QLC (16 Ebenen).
Gates in 2D NAND sind horizontal ausgerichtet. Die 2D-NAND-Technologie ist derzeit nicht so beliebt, da 3D-NAND über eine bessere Transistortechnologie verfügt, um die Entladung von Elektronen zu stoppen, was im Wesentlichen Datenverluste verursacht. Die Charge-Trap-Technologie in der 3D-NAND-Technologie wird für Performance und Datenintegrität bevorzugt.
SSD-Architektur verstehen
Eine SSD kombiniert NAND-Flash-Speicher mit einem Controller und einer Schnittstelle, die es dem Laufwerk ermöglicht, als Drop-in-Ersatz für herkömmliche Festplattenlaufwerke zu fungieren. SSDs enthalten eine Flash Translation Layer (FTL), eine interne Firmware, die entwickelt wurde, um Wear Leveling, Fehlerkorrektur und Bad-Block-Management zu verwalten und gleichzeitig zwischen logischen und physischen Adressen zu übersetzen.
Ein 3D-NAND-Flash-Storage-Gerät bietet außerdem deutlich mehr Storage zu einem niedrigeren Preis als 2D-NAND-Geräte. Moderne 3D-NAND-Technologie senkt den Stromverbrauch um bis zu 50 % und erhöht die Geschwindigkeit, mit der das Gerät Daten in Zellen schreiben kann, um das Dreifache bis Vierfache im Vergleich zu herkömmlichem 2D-NAND.
Technische Vorteile von modernem 3D-NAND
Dichte und Kapazität
- 2D-NAND: Begrenzt auf etwa 128Gb (16 GB) pro Chiplage
- Modernes 3D-NAND: Bis zu 2Tb (256 GB) pro Chiplage, mit 4Tb Chiplagen in der Entwicklung
- Pure Storage® DirectFlash®-Module: Nutzen Sie 3D-NAND, um bis zu 150TB in einem einzigen Modul bereitzustellen (300 TB in Kürze)
Performance-Kennzahlen
- Sequenzielle Lesegeschwindigkeiten: Bis zu 7GB/s mit NVMe-Schnittstelle
- Sequenzielle Schreibgeschwindigkeiten: Bis zu 5GB/s
- Zufällige IOPS: Über 1 Million IOPS für zufällige 4K-Lesevorgänge
- Latenz: Sub-100 Mikrosekunden für Enterprise-3D-TLC-NAND
Langlebigkeit und Zuverlässigkeit
- 3D-LC-NAND: 3.000 bis 5.000 P/E-Zyklen
- 3DQLC NAND: 500-1.000 P/E-Zyklen
- Verbesserte Fehlerkorrektur mit Low-Density-Paritätscheck-Codes (LDPC)
- Bessere Datenaufbewahrung durch verbesserte Zellisolation
Vorteile von 3D-NAND gegenüber 2D-NAND
Da ein 3D-NAND-Flash-Gerät mehrere Storage-Zellen enthält als ein 2D-NAND-Gerät, erhalten Benutzer mit der neueren Technologie mehr Storage-Kapazität. SSDs haben eine begrenzte Lebensdauer, insbesondere wenn sie in Geräten verwendet werden, auf denen mehrere Schreibvorgänge durchgeführt werden. Bei jedem Schreibvorgang verliert eine SSD einen Teil ihrer Lebensdauer. Alle SSDs haben eine begrenzte Lebensdauer, aber die zusätzlichen Zellen bieten mehr Schreibzyklen mit einem 3D-NAND-Gerät im Vergleich zu einem 2D-NAND-Gerät.
Aufgrund der besseren Transistortechnologie und des Stapelns von Speicherzellen ist 3D-NAND die bevorzugte Technologie für die meisten Rechenzentren und Unternehmen. 3D NAND bietet schnellere Geschwindigkeiten und zusätzliche Storage-Kapazität. Der Nachteil besteht darin, dass die 3D-NAND-Technologie teurer zu produzieren ist, was sie für Unternehmen teurer macht.
Bei Servern mit kleinerem Gehäuse werden 3D-NAND-Geräte bevorzugt, da sie kleiner sind. Serverhersteller haben begrenzten Platz für die Installation von Hardware, und 3D-NAND ermöglicht es ihnen, ihren Benutzern mehr Storage zu geringeren Kosten und ohne den Bedarf an 2D-NAND-Platz bereitzustellen. 3D-NAND verbraucht auch weniger Strom, sodass eine ununterbrochene Stromversorgung (USV) weniger entladen wird.
Wann ist 3D-NAND zu verwenden?
Die Verwendung von 3D-NAND senkt Kosten und Stromverbrauch. Außerdem hat sie eine längere Lebensdauer und bietet höhere Geschwindigkeiten. Bei den meisten Anwendungen ist 3D NAND der klare Gewinner. Neuere Server werden möglicherweise mit einem 3D-NAND-Storage-Gerät geliefert, aber Sie können sie auch kaufen, um zusätzliche Storage-Kapazität auf einem vorhandenen Server zu installieren. Wenn Sie nach einer neuen SSD suchen, ist ein 3D-NAND-Gerät pro Gigabyte an Storage günstiger und bietet Ihnen Terabyte an Storage-Kapazität.
3D NAND bietet viel mehr Storage-Kapazität als 2D NAND. 2D-NAND-Speicherblöcke speichern bis zu 1,6 TB, aber 3D-NAND-Speicherwafer bieten bis zu 128TB. Trotz der Kostendifferenz ist 3D-NAND für Unternehmen mit großen Daten-Storage-Anforderungen vorteilhafter. Rechenzentren und Unternehmen bevorzugen 3D-NAND aufgrund ihrer höheren Storage-Kapazität und Datenintegrität.
Anwendungsfälle für Unternehmen für modernes 3D-NAND
Hochleistungs-Computing
- AI/ML-Trainingsdatensätze, die massive Kapazität und hohen Durchsatz erfordern
- Echtzeitanalysen, die Petabyte an Daten verarbeiten
- Hochfrequenz-Handelssysteme, die eine konsistent niedrige Latenz benötigen
Virtualisierung und Cloud
- Virtual Desktop Infrastructure (VDI) unterstützt Tausende von Benutzern
- Container-Orchestrierungsplattformen mit persistenten Storage-Anforderungen
- Multi-Tenant-Cloud-Umgebungen, die vorhersehbare Performance erfordern
Betriebsnotwendige Anwendungen
- Unternehmensdatenbanken (Oracle, SQL Server, SAP HANA)
- Elektronische Patientenakten und medizinische Bildgebung
- Finanztransaktionsverarbeitungssysteme
Wann ist 2D-NAND über 3D-NAND zu verwenden?
Ältere Geräte mit 2D-NAND-Technologie können auf die neueste 3D-NAND-Technologie aufgerüstet werden. Eine gute Möglichkeit, ältere 2D-NAND-Technologie zu recyceln, besteht darin, das 2D-NAND-Gerät in den Archiv-Storage für unkritischen Storage zu verschieben. Der Archiv-Storage hätte immer noch eine begrenzte Lebensdauer und muss schließlich ersetzt werden, aber die Verwendung für einfache Archive würde die Anzahl der Schreibvorgänge verringern, die Dateien dauerhaft gespeichert werden, bis sie für den Abruf benötigt werden.
Fazit
Beim Kauf von mehr Speicherplatz können Sie zwischen 2D- und 3D-NAND-Technologie wählen. In den meisten Fällen ist 3D NAND die beste Option für Ihre Anwendungen, selbst wenn Sie Storage für den persönlichen Gebrauch installieren. Vielleicht möchten Sie sogar die ältere 2D-NAND-Technologie durch neuere 3D-NAND-Technologie ersetzen, damit Sie den geringeren Stromverbrauch und die höheren Geschwindigkeiten nutzen können.
