2D NAND en 3D NAND zijn technologieën die worden gebruikt in desktop- en mobiele opslag. NAND-flashgeheugen wordt gebruikt voor solid-state drive (SSD)-technologie om betrouwbaardere en snellere opslag in desktopcomputers en mobiele apparaten te bieden. Afhankelijk van uw doelen kunt u kiezen tussen de twee technologieën om servers en back-upapparaten te bouwen.
Hoewel 2D NAND nu in wezen verouderd is in moderne enterprise storage, helpt het begrijpen van de evolutie van 2D naar 3D NAND om te illustreren waarom de huidige 3D NAND-technologie de basis is geworden voor alle moderne flash-opslagoplossingen.
3D NAND vs. 2D NAND
3D NAND is nu de standaard NAND-technologie en heeft 2D NAND volledig vervangen in vrijwel alle nieuwe opslagproducten. NAND-flashopslagtechnologie maakt gebruik van cellen die binnen een klein chassis zijn gestapeld om gebruikers een kleiner opslagonderdeel met betere prestaties te geven. 2D NAND-apparaten plaatsen opslagcellen naast elkaar. 3D NAND voegt nog een laag toe en stapelt cellen verticaal. De huidige evolutie van 3D NAND-technologie bevat honderden geheugencellagen. Door meer geheugencellen in het chassis van de schijf te hebben, biedt 3D NAND meer opslag met hogere snelheden.
Hoe NAND Flash Memory data opslaat
Opslag op elk apparaat is een reeks van die en nullen. De basisopslageenheid in flashgeheugentechnologie wordt een poort genoemd. Wanneer elektronen in de poort aanwezig zijn, is de waarde 0. Wanneer er geen elektronen aanwezig zijn, is de waarde 1. Verschillende spanningsniveaus vertegenwoordigen verschillende bitpatronen - wanneer data worden geschreven, worden nauwkeurige hoeveelheden elektrische lading in elke cel geïnjecteerd. Tijdens leesbewerkingen meet de opslagcontroller het spanningsniveau en vertaalt deze terug naar bits. Het aantal spanningsniveaus hangt af van het celtype: SLC (twee niveaus), MLC (vier niveaus), TLC (acht niveaus) of QLC (16 niveaus).
Poorten in 2D NAND zijn horizontaal uitgelijnd. 2D NAND-technologie is nu niet zo populair omdat 3D NAND een betere transistortechnologie heeft om de ontlading van elektronen te stoppen, wat in wezen dataverlies veroorzaakt. De chargetraptechnologie in 3D NAND-technologie heeft de voorkeur voor prestaties en data-integriteit.
SSD-architectuur begrijpen
Een SSD combineert NAND-flashgeheugen met een controller en interface waarmee de schijf kan functioneren als een drop-in vervanging voor traditionele harde schijven. SSD's omvatten een flash translation layer (FTL), wat interne firmware is die is ontworpen om Wear-leveling, foutcorrectie en bad block management te beheren en tegelijkertijd te vertalen tussen logische en fysieke adressen.
Een 3D NAND-flashopslagapparaat biedt ook aanzienlijk meer opslag tegen een lagere prijs dan 2D NAND-apparaten. Moderne 3D NAND-technologie vermindert het stroomverbruik tot 50% en verhoogt de snelheid waarmee het apparaat data naar cellen kan schrijven met drie tot vier keer in vergelijking met legacy 2D NAND.
Technische voordelen van moderne 3D NAND
Dichtheid en capaciteit
- 2D NAND: Beperkt tot ongeveer 128Gb (16GB) per matrijs
- Modern 3D NAND: Tot 2Tb (256GB) per matrijs, met 4Tb matrijzen in ontwikkeling
- Pure Storage® DirectFlash®-modules: Maak gebruik van 3D NAND om tot 150TB in één module te leveren (300 TB binnenkort beschikbaar)
Prestatiemetriek
- Sequentiële leessnelheden: Tot 7GB/s met NVMe-interface
- Sequentiële schrijfsnelheden: Tot 5GB/s
- Willekeurige IOPS: Meer dan 1 miljoen IOPS voor 4K willekeurige reads
- Latentie: Sub-100 microseconde voor enterprise 3D TLC NAND
Duurzaamheid en betrouwbaarheid
- 3D TLC NAND: 3.000-5.000 P/E-cycli
- 3D QLC NAND: 500-1.000 P/E-cycli
- Verbeterde foutcorrectie met low-density pariteitscontrole (LDPC)-codes
- Betere dataretentie door verbeterde celisolatie
Voordelen van 3D NAND vs. 2D NAND
Omdat een 3D NAND-flashapparaat meerdere meer opslagcellen bevat dan een 2D NAND-apparaat, krijgen gebruikers meer opslagcapaciteit met de nieuwere technologie. SSD's hebben een beperkte levensduur, vooral wanneer ze worden gebruikt in apparaten waar meerdere schrijfbewerkingen worden uitgevoerd. Voor elke schrijfbewerking verliest een SSD een beetje van zijn levensduur. Alle SSD's hebben een beperkte levensduur, maar de extra cellen bieden meer schrijfcycli met een 3D NAND-apparaat in vergelijking met een 2D NAND-apparaat.
Vanwege de betere transistortechnologie en het stapelen van geheugencellen is 3D NAND de voorkeurstechnologie voor de meeste datacenters en organisaties. 3D NAND biedt snellere snelheden en extra opslagcapaciteit. Het nadeel is dat 3D NAND-technologie duurder is om te produceren, waardoor het duurder is voor organisaties.
Voor servers met een kleiner chassis hebben 3D NAND-apparaten de voorkeur omdat ze kleiner zijn. Serverfabrikanten hebben beperkte ruimte om hardware te installeren, en 3D NAND stelt hen in staat om hun gebruikers meer opslag te bieden tegen lagere kosten en zonder de 2D NAND-ruimtevereisten. 3D NAND verbruikt ook minder stroom, waardoor een ononderbroken stroomvoorzieningsaccu (UPS) minder wordt verbruikt.
Wanneer 3D NAND te gebruiken
Het gebruik van 3D NAND zal de kosten en het stroomverbruik verlagen. Het heeft ook een langere levensduur en biedt snellere snelheden. Voor de meeste toepassingen is 3D NAND de duidelijke winnaar. Nieuwere servers kunnen worden geleverd met een 3D NAND-opslagapparaat, maar u kunt ze ook kopen om extra opslagcapaciteit in een bestaande server te installeren. Als u op zoek bent naar een nieuwe SSD, zal een 3D NAND-apparaat goedkoper zijn per gigabyte aan opslag en u terabytes aan opslagcapaciteit bieden.
3D NAND biedt veel meer opslagcapaciteit dan 2D NAND. 2D NAND-geheugenblokken slaan tot 1,6 TB op, maar 3D NAND-geheugenwafers bieden tot 128TB. Zelfs met het kostenverschil is 3D NAND voordeliger voor organisaties met grote dataopslagvereisten. Datacenters en bedrijfsorganisaties geven de voorkeur aan 3D NAND vanwege de hogere opslagcapaciteit en data-integriteit.
Enterprise use cases voor moderne 3D NAND
High-performance computing
- AI/ML-trainingdatasets die enorme capaciteit en een hoge verwerkingscapaciteit vereisen
- Realtime analytics die petabytes aan data verwerkt
- Hoogfrequente handelssystemen die een consistente lage latency nodig hebben
Virtualisatie en cloud
- Virtual Desktop Infrastructure (VDI) die duizenden gebruikers ondersteunt
- Containerorkestratieplatforms met permanente opslagbehoeften
- Multi-tenant cloudomgevingen die voorspelbare prestaties vereisen
Bedrijfskritische applicaties
- Enterprise databases (Oracle, SQL Server, SAP HANA)
- Elektronische medische dossiers en medische beeldvorming
- Verwerkingssystemen voor financiële transacties
Wanneer 2D NAND te gebruiken over 3D NAND
Oudere apparaten met 2D NAND-technologie kunnen worden geüpgraded naar de nieuwste 3D NAND-technologie. Een goede manier om oudere 2D NAND-technologie te recyclen is door het 2D NAND-apparaat te verplaatsen naar het archiveren van niet-kritieke opslag. De archiefopslag zou nog steeds een beperkte levensduur hebben en uiteindelijk moeten worden vervangen, maar het gebruik ervan voor eenvoudige archieven zou het aantal keren dat bestanden permanent worden opgeslagen verminderen totdat ze nodig zijn om ze op te halen.
Conclusie
Wanneer u meer opslagruimte zoekt, kunt u kiezen tussen 2D- en 3D NAND-technologie. In de meeste gevallen is 3D NAND de beste optie voor uw applicaties, zelfs als u opslag installeert voor persoonlijk gebruik. Misschien wilt u zelfs oudere 2D NAND-technologie vervangen door nieuwere 3D NAND, zodat u kunt profiteren van het lagere stroomverbruik en de hogere snelheden.
