2D NAND frente a 3D NAND: ¿cuál es la diferencia?

2D NAND y 3D NAND son tecnologías utilizadas en el almacenamiento de escritorio y móvil. La memoria flash NAND se utiliza para la tecnología de unidad de estado sólido (SSD) para ofrecer un almacenamiento más fiable y rápido en ordenadores de sobremesa y dispositivos móviles. Dependiendo de sus objetivos, puede elegir entre las dos tecnologías para crear servidores y dispositivos de backup. 

Si bien la 2D NAND está esencialmente obsoleta en el almacenamiento empresarial moderno, entender la evolución de la 2D a la 3D NAND ayuda a ilustrar por qué la tecnología 3D NAND actual se ha convertido en la base de todas las soluciones de almacenamiento flash modernas.

NAND 3D frente a NAND 2D

La 3D NAND es ahora la tecnología NAND estándar y ha sustituido por completo la 2D NAND en prácticamente todos los nuevos productos de almacenamiento. La tecnología de almacenamiento flash NAND utiliza celdas apiladas dentro de un chasis pequeño para proporcionar a los usuarios un componente de almacenamiento más pequeño con un mejor rendimiento. Los dispositivos 2D NAND colocan las celdas de almacenamiento una al lado de la otra. 3D NAND añade otra capa y apila celdas verticalmente. La evolución actual de la tecnología 3D NAND contiene cientos de capas de celdas de memoria. Al tener más celdas de memoria en el chasis de la unidad, 3D NAND proporciona más almacenamiento a velocidades más rápidas.

Cómo almacena los datos la memoria flash NAND

El almacenamiento en cualquier dispositivo es una serie de uno y cero. La unidad de almacenamiento básica de la tecnología de memoria flash se llama puerta. Cuando hay electrones presentes en la puerta, el valor es 0. Cuando no hay electrones presentes, el valor es 1. Los diferentes niveles de voltaje representan diferentes patrones de bits —cuando se escriben datos, se inyectan cantidades precisas de carga eléctrica en cada celda. Durante las operaciones de lectura, el controlador de almacenamiento mide el nivel de voltaje y lo traduce de nuevo a bits. El número de niveles de voltaje depende del tipo de celda: SLC (dos niveles), MLC (cuatro niveles), TLC (ocho niveles) o QLC (16 niveles).

Las puertas en 2D NAND están alineadas horizontalmente. La tecnología 2D NAND no es tan popular ahora, ya que la 3D NAND tiene una mejor tecnología de transistores para detener la descarga de electrones, lo que esencialmente provoca la pérdida de datos. La tecnología de trampa de carga de la tecnología 3D NAND es la preferida por el rendimiento y la integridad de los datos.

Entender la arquitectura SSD

Una SSD combina la memoria flash NAND con un controlador y una interfaz que permiten que la unidad funcione como sustituto directo de las unidades de disco duro tradicionales. Las unidades de estado sólido incluyen una capa de traducción flash (FTL), que es un firmware interno diseñado para gestionar la wear leveling, la corrección de errores y la gestión de bloques incorrectos, al tiempo que se traduce entre direcciones lógicas y físicas.

Un dispositivo de almacenamiento flash 3D NAND también proporciona mucho más almacenamiento a un precio más bajo que los dispositivos 2D NAND. La moderna tecnología 3D NAND reduce el consumo energético hasta un 50% y aumenta la velocidad a la que el dispositivo puede escribir datos en las celdas de tres a cuatro veces en comparación con la 2D NAND tradicional.

Ventajas técnicas de la NAND 3D moderna

Densidad y capacidad

• NAND 2D: Limitado a aproximadamente 128Gb (16 GB) por troquel
• NAND 3D moderno: Hasta 2Tb (256 GB) por troquel, con troqueles de 4Tb en desarrollo
• Módulos DirectFlash® de Pure Storage®: Utilice la tecnología 3D NAND para proporcionar hasta 150TB en un solo módulo (300 TB próximamente).

Métricas de rendimiento

• Velocidades de lectura secuenciales: Hasta 7GB/s con interfaz NVMe
• Velocidades de escritura secuenciales: Hasta 5GB/s
• IOPS aleatorias: Más de 1 millón de IOPS para lecturas aleatorias 4K
• Latencia: Sub-100 microsegundos para NAND TLC 3D empresarial

Resistencia y fiabilidad

• 3D TLC NAND: 3.000-5.000 ciclos P/E
• QLC NAND 3D: 500-1.000 ciclos P/E
• Corrección de errores mejorada con códigos de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC)
• Una mejor conservación de los datos gracias a un mejor aislamiento de las celdas.

Ventajas de 3D NAND frente a 2D NAND

Como un dispositivo flash 3D NAND contiene varias celdas de almacenamiento más que un dispositivo 2D NAND, los usuarios obtienen más capacidad de almacenamiento con la tecnología más nueva. Las SSD tienen una vida útil limitada, sobre todo cuando se utilizan en dispositivos en los que se realizan varias escrituras. Por cada escritura, una SSD pierde un poco de su vida útil. Todas las SSD tienen una vida útil limitada, pero las celdas adicionales proporcionan más ciclos de escritura con un dispositivo 3D NAND en comparación con un dispositivo 2D NAND.

Debido a la mejor tecnología de transistores y al apilamiento de celdas de memoria, la 3D NAND es la tecnología preferida para la mayoría de los centros de datos y organizaciones. 3D NAND ofrece velocidades más rápidas y capacidad de almacenamiento adicional. La desventaja es que la tecnología 3D NAND es más cara de producir, lo que hace que sea más cara para las organizaciones.

Para los servidores con chasis más pequeños, se prefieren los dispositivos 3D NAND porque son más pequeños. Los fabricantes de servidores tienen un espacio limitado para instalar hardware y 3D NAND les permite proporcionar más almacenamiento a sus usuarios a un coste menor y sin los requisitos de espacio de 2D NAND. La 3D NAND también consume menos energía, por lo que genera un menor consumo de una batería de fuente de alimentación ininterrumpida (SAI).

Cuándo usar 3D NAND

El uso de 3D NAND reducirá los costes y el consumo energético. También tiene una vida útil más larga y ofrece velocidades más rápidas. Para la mayoría de las aplicaciones, 3D NAND es el claro ganador. Los servidores más nuevos pueden venir con un dispositivo de almacenamiento 3D NAND, pero también puede comprarlos para instalar capacidad de almacenamiento adicional en un servidor existente. Si está buscando una nueva SSD, un dispositivo 3D NAND será más barato por gigabyte de almacenamiento y le proporcionará terabytes de capacidad de almacenamiento.

3D NAND ofrece mucha más capacidad de almacenamiento que 2D NAND. Los bloques de memoria 2D NAND almacenan hasta 1,6 TB, pero las obleas de memoria 3D NAND ofrecen hasta 128TB. Incluso con la diferencia de costes, la 3D NAND es más beneficiosa para las organizaciones que necesitan grandes cantidades de almacenamiento de datos. Los centros de datos y las organizaciones empresariales prefieren 3D NAND por su mayor capacidad de almacenamiento e integridad de los datos.

Casos de uso empresariales para la NAND 3D moderna

Computación de alto rendimiento

• Conjuntos de datos de entrenamiento de IA/ML que requieren una capacidad enorme y un alto rendimiento. 
• Análisis en tiempo real que procesan petabytes de datos 
• Sistemas de negociación de alta frecuencia que necesitan una baja latencia constante

Virtualización y nube

• La Virtual Desktop Infrastructure (VDI) que soporta miles de usuarios 
• Plataformas de orquestación de contenedores con necesidades de almacenamiento persistentes 
• Entornos de nube multiinquilino que requieren un rendimiento predecible

Aplicaciones de misión crítica

• Bases de datos empresariales (Oracle, SQL Server, SAP HANA) 
• Historias clínicas electrónicas e imágenes médicas 
• Sistemas de procesamiento de transacciones financieras

Cuándo usar 2D NAND sobre 3D NAND

Los dispositivos más antiguos que tienen tecnología 2D NAND pueden actualizarse a la última tecnología 3D NAND. Una buena manera de reciclar la tecnología 2D NAND más antigua es mover el dispositivo 2D NAND para archivar el almacenamiento no crítico. El almacenamiento de archivos seguiría teniendo una vida útil limitada y necesitaría una eventual sustitución, pero su uso para archivos sencillos reduciría las escrituras hasta el número de veces que los archivos se almacenan permanentemente hasta que se necesitan para su recuperación.

Conclusión

Si busca más espacio de almacenamiento, puede elegir entre la tecnología NAND 2D y 3D. En la mayoría de los casos, 3D NAND es la mejor opción para sus aplicaciones, incluso si instala almacenamiento para uso personal. Es posible que incluso quiera sustituir la tecnología 2D NAND más antigua por una 3D NAND más nueva, para poder aprovechar su menor consumo energético y sus velocidades más rápidas.