¿Qué es un SSD 2D NAND y cómo funciona?

¿Qué es un 2D NAND SSD?

2D NAND, también conocido como NAND planar, es un tipo de memoria flash en el que las celdas de memoria flash se colocan una al lado de la otra en el chip de un transistor. Inicialmente lanzado comercialmente en 1987, 2D NAND proporcionó a las primeras unidades de estado sólido (SSD) un mejor rendimiento, velocidades de lectura/escritura y solidez mecánica que sus homólogos de unidades de disco duro (HDD), pero a un coste por capacidad superior. La capacidad estaba limitada fundamentalmente por la cantidad de celdas que se podían colocar una al lado de la otra en un solo plano, lo que impulsó el desarrollo de 3D NAND. En este artículo, veremos qué es 2D NAND, cómo funciona y qué fiabilidad tiene.

¿Cómo funciona 2D NAND?

2D NAND funciona almacenando bits de memoria como estados de voltaje dentro de un circuito eléctrico. Para entender cómo funciona 2D NAND, es importante conocer primero algunos conceptos sobre las celdas NAND.

¿Qué significa NAND en 2D NAND?

NAND significa "NOT AND" y describe la puerta lógica u operador booleano que se utiliza en el circuito interno de una celda NAND. Una puerta NAND produce un valor FALSO solo si ambas entradas son VERDADERAS.

¿Qué es exactamente una celda NAND?

Una celda NAND es un transistor que consta de una puerta de control en la parte superior y una puerta flotante intercalada entre dos capas de aislamiento con una fuente de enlace de canal y un drenaje en la parte inferior. 

La aplicación de un voltaje a través de la puerta de control atrae electrones en el canal para hacer un túnel a través de la primera capa de aislamiento y hacia la puerta flotante. Cuando la puerta flotante está en ese estado cargado, los datos se almacenan de manera efectiva y el valor binario de la celda se establece en cero. Y debido a que la puerta flotante está aislada eléctricamente, almacenará memoria incluso cuando se desconecte la energía, lo que hace que la celda de memoria no sea volátil. 

La aplicación de un voltaje lo suficientemente alto entre la fuente y el drenaje induce un voltaje negativo en la puerta de control. Esto descarga los electrones de la puerta flotante de nuevo al canal, borrando de forma efectiva la celda de memoria. El valor binario de la celda se establece en 1.

¿Cuántos bits se pueden almacenar en 2D NAND?

Es un error común pensar que 2D NAND no puede almacenar más de un bit por celda. La naturaleza plana de 2D NAND no significa que no pueda usar celdas MLC, TLC y QLC. Simplemente significa que no se pueden apilar esas celdas.

A continuación se muestra una visión general de la evolución de las células NAND a lo largo del tiempo:

• Single-level cell (SLC) flash: un bit por celda y dos estados de voltaje posibles.
• Multi-level cell (MLC) flash: dos bits por celda y cuatro estados de voltaje posibles.
• Triple-level cell (TLC) flash: tres bits por celda y ocho estados de voltaje posibles.
• Quad-level cell (QLC) flash: cuatro bits por celda y 16 estados de voltaje posibles.

Como puede ver, cuantos más estados de voltaje pueda almacenar por celda, más bits de información podrá almacenar. Hay una contrapartida general en la fiabilidad y la capacidad a medida que se intentan almacenar más estados de voltaje.

¿Cuál es la fiabilidad de 2D NAND frente a 3D NAND?

La diferencia entre 2D NAND y 3D NAND es que 2D NAND es plano, mientras que 3D NAND incorpora el apilamiento vertical. El principal factor limitante para 2D NAND ha sido la cantidad de celdas que pueden caber dentro de un solo plano en un chip. Cuanto más pequeña sea la celda, más podrá caber en un solo plano de transistor. Por otro lado, los tamaños de celda más pequeños reducen la fiabilidad al aumentar la probabilidad de fuga de electrones. 

Los ingenieros crearon 3D NAND para mejorar la capacidad de los chips NAND mediante el apilamiento vertical de celdas. Dado que pierde fiabilidad a medida que reduce las celdas, el apilamiento vertical también ofrece margen de maniobra para usar celdas más grandes para mejorar la fiabilidad. El resultado final es un aumento neto tanto en la capacidad como en la fiabilidad de un chip NAND.

¿Qué SSD usan 2D NAND flash?

La mayoría de las SSD actuales del mercado usan flash NAND. Debido a que 2D NAND es una tecnología más antigua que actualmente se está eliminando, los proveedores ya no anuncian su uso en sus productos. Las SSD SATA más antiguos que usan chips SLC que no se anuncian como 3D NAND probablemente usen flash 2D NAND más económico. Dicho esto, esta tecnología todavía tiene sus usos especializados. Las implementaciones heredadas aún pueden requerir flash NAND 2D más antiguo, y los microdispositivos que no requieren mucha memoria pueden optar por el rendimiento y la fiabilidad de las celdas SLC en un solo plano de transistor.

Conclusión

En este artículo, cubrimos qué es 2D NAND y en qué se diferencia de 3D NAND. Si bien 2D NAND es una tecnología más antigua, todavía se utiliza en hardware heredado como una versión más económica de memoria flash y en casos de usos especializados.