NAND SSD: ¿Qué aporta NAND Flash a SSD? [Partition Magic]

Resumen :

SSD NAND

Como todos sabemos, un SSD es un dispositivo de almacenamiento que utiliza conjuntos de circuitos integrados (DRAM, NAND flash, 3D XPoint) para almacenar datos de forma persistente. Sin embargo, si busca en Amazon, el medio de almacenamiento de la mayoría de los SSD es NAND flash. Entonces, que tal SSD NAND ? Lea esta publicación, en la que Miniherramienta le explica qué es el flash NAND y qué aporta a SSD.

Navegacion rapida :

¿Qué es NAND Flash?

NAND flash es un tipo de memoria flash no volátil. Se basa en circuitos eléctricos para almacenar datos, pero no requiere energía para retener datos, que también es una de las razones por las que los SSD usan principalmente flash NAND como medio de almacenamiento en lugar de DRAM (otra razón es que el flash NAND es más barato que DRAM ).



Otras lecturas:



3D XPoint es una tecnología de memoria no volátil desarrollada conjuntamente por Intel y Micron Technology en julio de 2015. Intel nombra Optane para los dispositivos de almacenamiento que utilizan la tecnología y Micron los llama QuantX. Se dice que el rendimiento de Optane es mejor que NAND SSD y el precio es más bajo que DRAM.

Las celdas de memoria NAND están hechas con dos tipos de puertas: puertas de control y puertas flotantes. Ambas puertas ayudan a controlar el flujo de datos. Cuando programa una celda (escribe datos), se envía una carga de voltaje a la puerta de control, lo que hace que los electrones entren en la puerta flotante. A través de esta forma de carga, los datos se pueden almacenar en cada celda de memoria NAND.



Célula flash NAND

Pero cuando se desconecta la energía de la memoria flash NAND, el transistor de puerta flotante proporcionará una carga adicional a la celda de memoria, manteniendo los datos.

Defectos de NAND Flash

El flash NAND también tiene sus desventajas inherentes, como las siguientes:



1. Borrar bloque

En general, un chip flash NAND tiene múltiples LUNES (Número de unidad lógica); cada LUN tiene múltiples planes ; cada avión tiene miles de bloques ; cada bloque tiene cientos de paginas . Cuando escribe o lee datos, la unidad es la página. Sin embargo, cuando borra datos, la unidad se bloquea.

Por otro lado, los datos generalmente se escriben en ubicaciones aleatorias y no continuas; ya sea para modificar o escribir datos, es necesario borrarlos. Por lo tanto, no se puede evitar la amplificación de escritura.

la estructura interna del flash NAND



2. P / E limitado (Programar / Borrar)

Cada bloque NAND tiene un límite en la cantidad de veces que se puede borrar. Cuando se excede este número, el bloque puede quedar inutilizable. Porque una vez que se excede el número de ciclos P / E, es más probable que ocurran las siguientes situaciones:

  • Los electrones no pueden entrar por la puerta flotante ( escribir falla ).
  • Los electrones en la puerta flotante pueden salir fácilmente ( problema de retención de datos ).
  • Los electrones en la puerta flotante no pueden salir ( borrar el fracaso ).

Si te preocupa la vida de tu SSD, puedes leer la siguiente publicación para saber cómo prolongar la vida de tu SSD.

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3. Leer molestar

A medida que la memoria flash se lee varias veces, el contenido de las celdas de memoria adyacentes en el mismo bloque cambiará (se convertirá en una operación de escritura). El principio es el siguiente:



Cada página tiene un espacio de alrededor de 4 KB o 8 KB. Dentro de una página, hay muchas celdas. Cada celda suele almacenar un bit de datos (una celda también puede almacenar más de un bit de datos y te lo explicaré más adelante).

Cuando se lee una página, se aplica un voltaje Vref a los electrodos de control de las celdas en la página mientras que los electrodos de control de las celdas en otras páginas se aplican con un voltaje Vpass relativamente mayor, lo que puede crear un campo eléctrico más fuerte para atraer algunos electrones. en la puerta flotante de las celdas en las páginas que no se leen (datos del programa), lo que resulta en un error de datos.

Por otro lado, cuantas más veces borre bloques, peor será el efecto de aislamiento y más fácil será que los electrones entren por la puerta flotante.

4. Programa Disturb

Cuando se escribe una página, se aplicará un voltaje más alto a los electrodos de control de las celdas de la página, mientras que se aplicará un voltaje más bajo a los electrodos de control de las celdas en otras páginas que no están escritas. Por lo tanto, los electrones se pueden inyectar fácilmente en las puertas flotantes de las células en la página escrita.

Sin embargo, si el voltaje más alto y el voltaje más bajo están cerca, especialmente cuando demasiados tiempos de borrado conducen a un rendimiento de aislamiento deficiente, es muy probable que los electrones entren en las celdas de memoria adyacentes. Esto también provocará errores en los datos.

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Progreso tecnológico: tecnología de procesos

Desde la invención del flash NAND en 1986, los fabricantes han hecho grandes avances en la tecnología flash NAND, como la mejora de la tecnología de proceso, 3D NAND, MLC, TLC y QLC. En esta parte, le explicaré la tecnología de proceso.

Para reducir el costo por bit y expandir la capacidad de SSD, los fabricantes primero piensan en mejorar la tecnología de proceso, por ejemplo, desde los primeros 50 nm hasta los nodos de proceso actuales de 16/15 nm.

El número en la tecnología de proceso representa la distancia desde la fuente hasta el drenaje. Cuanto más corta es la distancia, más rápido entran los electrones y más pequeño es el tamaño del transistor, lo que significa que un chip del mismo tamaño tiene una mayor capacidad y una velocidad más rápida.

Sin embargo, cuando la tecnología de proceso alcanza los nodos de 15 nm, se acerca al límite. Por un lado, la mejora continua de la tecnología de procesos hará que los costes aumenten de forma drástica, lo que no puede compensarse con la reducción de costes que conlleva el aumento de capacidad.

Por otro lado, cuando la tecnología de proceso está por debajo de los nodos de 20 nm, la fuga de carga (problema de retención de datos) y la interferencia de carga (perturbación de lectura y perturbación de programa) son más obvias.

Por lo tanto, si la tecnología de proceso va más allá, la confiabilidad y el rendimiento disminuirán.

Progreso tecnológico: SLC vs MLC vs TLC vs QLC

Para aumentar la capacidad y reducir aún más los costos, los fabricantes propusieron MLC, TLC y QLC. En esta parte, te explicaré SLC vs MLC vs TLC vs QLC.

En general, una celda de memoria almacena solo un bit de datos, que se denomina SLC (celda de un solo nivel). Si aumenta la cantidad de bits que se pueden almacenar en cada celda de memoria, por ejemplo, aumentando a 2 (MLC, abreviatura de celda multinivel), a 3 (TLC, abreviatura de celda de triple nivel) oa 4 ( QLC, abreviatura de Quad-Level Cell), la capacidad de almacenamiento de flash NAND también aumentará en consecuencia.

SLC frente a MLC frente a TLC frente a QLC

Por ejemplo, una memoria flash ordinaria creada por SLC tiene una capacidad de 128 GB; luego, MLC hará que tenga una capacidad de 256 GB (el doble); TLC lo triplicará a 384 GB; y QLC lo cuadriplicará a 512 GB. Y secuencialmente, los costos se reducen.

Sin embargo, el aumento de capacidad y la reducción de costos tienen el costo de reducir el rendimiento, la confiabilidad y la vida útil.

Como se mencionó anteriormente, el flash NAND completa la lectura y escritura de datos mediante la aplicación de voltaje. En este proceso, hay uno o varios voltajes de umbral (Vth).

En SLC, solo hay un voltaje umbral, porque almacena solo un bit de datos: 0 o 1. Si el voltaje en la celda excede el voltaje umbral, significa 0. Por el contrario, si el voltaje en la celda está por debajo del umbral voltaje, significa 1. Por lo tanto, la lectura y escritura es muy simple y rápida.

Sin embargo, si una celda de memoria almacena más bits de datos, habrá más voltajes de umbral. Por ejemplo, una memoria flash MLC NAND almacena dos bits de datos, a saber, 00, 01, 10 u 11. Por lo tanto, necesita 3 voltajes de umbral para distinguirlos.

Voltaje de umbral SLC vs MLC

Cuantos más bits de datos se almacenan en la celda, más voltajes de umbral necesita, más tiempo se tarda en identificar la señal de voltaje, por lo que más tiempo se tarda en leer y escribir datos.

Por otro lado, si hay múltiples voltajes de umbral, el voltaje asignable para cada bit de datos será menor y, por lo tanto, aumentará la posibilidad de interferencia de carga (alteraciones de lectura y programa).

Consejo: MLC es la opción principal para productos de alta gama. No es necesario que elija TLC, a menos que tenga problemas de liquidez o esté actualizando su computadora temporal.

Progreso de la tecnología: 2D NAND vs 3D NAND

A diferencia de las dos tecnologías anteriores, 3D NAND proporciona diferentes ideas para aumentar la capacidad y reducir los costos.

El flash NAND 2D tradicional (flash NAND planar) está compuesto de forma bidimensional. Se compone principalmente de líneas de palabras (WL) y líneas de bits (BL), como se muestra en la siguiente figura. Una línea de palabras representa una página. La línea de bits representa las celdas de memoria en la línea de palabras (página). Hay tantas celdas de memoria en la línea de palabras como líneas de bits.

arquitectura de bloques

Las líneas de palabras y las líneas de bits se cruzan para formar un bloque. Luego, coloque los bloques en mosaico para formar el flash NAND 2D.

En cuanto al flash NAND 3D, apila el flash NAND plano como edificios. Aumenta más transistores por unidad de área al apilar más capas de flash.

3D NAND

De esta manera, los fabricantes pueden aumentar la capacidad NAND y reducir los costos y no necesitan hacer esfuerzos para mejorar la tecnología del proceso o almacenar más bits de datos en una celda. Como resultado, se garantizan la capacidad, el rendimiento y la fiabilidad.

Precauciones para el uso de SSD NAND

Si decide usar un SSD NAND, aquí hay algunas notas sobre cómo usarlo:

1. Instalación del sistema operativo en el SSD NAND: Es la única forma en que se pueden aprovechar al máximo las ventajas de un SSD y aumentar en gran medida el rendimiento de una computadora.

2. Ejecución de la versión del sistema operativo por encima de Windows 7: Los sistemas operativos por encima de Windows 7 detectarán automáticamente si el sistema de disco es un SSD y decidirán cómo optimizarlo en consecuencia. Por ejemplo, en Windows 7, solo puede desfragmentar un disco duro, lo que dañará un SSD y acortará su vida útil. Sin embargo, el sistema operativo por encima de Windows 7 reconocerá SSD y lo optimizará con un método especial.

3. Habilitación del modo AHCI o NVMe: El modo AHCI puede permitir que su dispositivo de almacenamiento con interfaz SATA III funcione mejor. En cuanto al modo NVMe, si su SSD tiene una interfaz M.2, interfaz PCI, etc., este modo permitirá que su SSD funcione a su velocidad más alta. Para saber más sobre AHCI y NVMe, lea esta publicación: SSD M.2 vs SSD SATA: ¿Cuál es el adecuado para su PC?

4. Mantener la alineación 4K: La desalineación de 4K no solo reducirá en gran medida la velocidad de escritura y lectura de datos, sino que también aumentará la cantidad de escrituras innecesarias del SSD, lo que afectará su vida útil.

Para mantener la alineación 4K del SSD, puede utilizar el Asistente de partición de MiniTool , cuyo Alinear todas las particiones característica puede ayudarte. Todo lo que necesita hacer es hacer clic en el siguiente botón para descargar gratis esta herramienta, iniciarla, hacer clic con el botón derecho en la unidad para elegir Alinear todas las particiones y finalmente haga clic en el Aplicar botón para ejecutar operaciones.

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5. Reserva de suficiente espacio libre: Cuantos más datos almacene una unidad de estado sólido, más lento será el rendimiento. Si una partición ha estado en un estado de uso superior al 90% durante mucho tiempo, la probabilidad de que la SSD falle. Por lo tanto, es muy importante limpiar los archivos inútiles a tiempo y almacenar archivos grandes como películas o música en un disco duro mecánico.

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Por supuesto, existen otros métodos para prolongar la vida útil del SSD y aumentar el rendimiento de su SSD. He mencionado una publicación sobre cómo prolongar la vida útil de su SSD antes. Por eso, aquí te recomendaré: Cómo obtener el mejor rendimiento de SSD en Windows 10/8 / 8.1 / 7 .

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Línea de fondo

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