Che cos'è NAND 2D e come funziona?

Che cos'è un'unità SSD NAND 2D?

NAND 2D, nota anche come NAND planare, è un tipo di memoria flash le cui celle sono disposte una accanto all'altra su un die di transistor. Introdotta in commercio nel 1987, NAND 2D ha fornito alle prime unità a stato solido (SSD) performance, velocità di lettura/scrittura e robustezza meccanica migliori rispetto alle unità disco rigido (HDD), ma a un costo per capacità superiore. La capacità era fondamentalmente limitata dal numero di celle che era possibile inserire una accanto all'altra in un singolo piano, il che ha portato allo sviluppo di NAND 3D. In questo articolo vedremo cos'è NAND 2D, come funziona e in che misura è affidabile.

Come funziona NAND 2D?

NAND 2D funziona memorizzando i bit di memoria come stati di tensione all'interno di un circuito elettrico. Per capire come funziona NAND 2D, è importante innanzitutto esaminare alcuni concetti relativi alle celle NAND.

Che cosa indica l'acronimo NAND in NAND 2D?

NAND è l'acronimo di "NOT AND" e descrive la porta logica o l'operatore booleano utilizzato nel circuito interno di una cella NAND. Una porta NAND produce un valore FALSE solo se entrambi gli input sono TRUE.

Che cos'è esattamente una cella NAND?

Una cella NAND è un transistor costituito da una porta di controllo sulla parte superiore e da un porta flottante inserita tra due livelli di isolamento con un canale che collega la sorgente e lo scarico sottostante. 

L'applicazione di una tensione attraverso la porta di controllo attira gli elettroni nel canale per creare un tunnel che attraverso il primo strato di isolamento conduce alla porta flottante. Quando la porta flottante si trova in questo stato di carica, i dati vengono effettivamente memorizzati e il valore binario della cella viene impostato su zero. Inoltre, poiché la porta flottante è isolata elettricamente, archivierà la memoria anche quando l'alimentazione viene scollegata, rendendo non volatile la cella di memoria. 

L'applicazione di una tensione sufficientemente elevata alla sorgente e allo scarico determina una tensione negativa sulla porta di controllo. Gli elettroni della porta flottante vengono così scaricati nel canale, cancellando di fatto la cella di memoria. Il valore binario della cella viene impostato su 1.

Quanti bit si possono memorizzare in NAND 2D?

Si ritiene, erroneamente, che NAND 2D non possa memorizzare più di un bit per cella. La natura planare di NAND 2D non preclude l'utilizzo di celle MLC, TLC e QLC; tuttavia, non è possibile effettuarne lo stacking.

Ecco una panoramica dell'evoluzione delle celle NAND nel tempo:

• Flash con cella a singolo livello (SLC): Un bit per cella, due livelli di tensione possibili
• Flash con cella multilivello (MLC): Due bit per cella, quattro livelli di tensione possibili
• Flash con cella a triplo livello (TLC): Tre bit per cella, otto livelli di tensione possibili
• Flash con cella a quadruplo livello (QLC): quattro bit per cella, 16 stati di tensione possibili

Come puoi vedere, maggiore è la quantità di stati di tensione che è possibile memorizzare per cella, maggiore è la quantità di bit di informazioni che si possono memorizzare. In generale, quando si cerca di memorizzare più stati di tensione, è necessario trovare un compromesso tra affidabilità e capacità.

In che misura NAND 2D è affidabile rispetto a NAND 3D?

La differenza tra NAND 2D e NAND 3D risiede nel fatto che NAND 2D è planare, mentre NAND 3D integra lo stacking verticale. Il fattore principale che limita NAND 2D è il numero di celle che è possibile inserire in un singolo piano su un chip. Più piccole sono le celle, più se ne possono inserire su un singolo piano di transistor. D'altra parte, le dimensioni ridotte delle celle riducono l'affidabilità, aumentando la probabilità che si verifichi una perdite di elettroni. 

Gli ingegneri hanno creato NAND 3D per migliorare la capacità dei chip NAND attraverso lo stacking verticale delle celle. Poiché la riduzione delle celle comporta una perdita di affidabilità, lo stacking verticale consente inoltre di utilizzare celle più grandi, migliorando questo aspetto. Il risultato finale è un aumento netto sia della capacità che dell'affidabilità di un chip NAND.

Quali unità SSD utilizzano flash NAND 2D?

La maggior parte delle unità SSD attualmente in commercio utilizza NAND flash. Poiché NAND 2D è una tecnologia obsoleta che è in fase di ritiro dal mercato, i vendor non ne pubblicizzano più l'utilizzo nei loro prodotti. È probabilmente utilizzata, in quanto più conveniente, in vecchie unità SSD SATA che integrano chip SLC e che non sono pubblicizzate come NAND 3D. Detto questo, la tecnologia trova ancora applicazione in alcuni ambiti di nicchia. I deployment legacy potrebbero ancora richiedere la precedente tecnologia flash NAND 2D e i microdispositivi che non richiedono molta memoria potrebbero invece optare per le performance e l'affidabilità delle celle SLC su un singolo piano di transistor.

Conclusione

In questo articolo abbiamo trattato NAND 2D ed esaminato le differenze tra questa tecnologia e NAND 3D. Sebbene NAND 2D sia una tecnologia più vecchia, trova ancora applicazione nell'hardware legacy come versione più conveniente della memoria flash e in alcuni ambiti di nicchia.