Tipos de memorias usadas en los discos SSD

Las unidades de estado sólido o discos SSD utilizan un tipo de memoria que se denomina memoria flash NAND o simplemente NAND, son un tipo de memoria no-volátil que no requiere de energía para mantener los datos almacenados, al igual que las memorias NOR, recibe su nombre por la forma en la que se distribuyen sus transistores, que recuerda a la puerta lógica NAND, con la que comparte el nombre.

Las memorias NAND se clasifican por la cantidad de información que son capaces de almacenar en cada celda, siendo la clasificación y características las siguientes:

Memoria SLC (Single Level Cell)

Cada celda almacena 1 bit (valores 0 y 1), es decir, dos voltajes distintos. La degradación en este tipo de memorias es prácticamente nula, y la retención de datos muy alta, durando décadas desconectado.

Los discos SSD que usan este tipo de memorias son los más fiables, aunque también son mas caros, a día de hoy ya casi no existen en el mercado, son los primeros modelos que aparecieron.

Memorias MLC (Multiple Level Cell)

En cada celda almacena 2 bits, lo que significa 4 estados o voltajes (00, 01, 10, 11). La degradación es mayor que las memorias SLC, pero sigue siendo aceptable, soportan escrituras de varias decenas de GBs diarios durante años. Actualmente ya quedan pocos modelos de SSD que usen memorias MLC, no por el precio, está a la par que las TLC, pero a los fabricantes les sale mucho rentable, es decir, es más barato fabricar las memoria de tipo TLC.

Memorias TLC (Triple Level Cell)

Almacena 3 bits en cada celda, lo que significa 8 estados de voltaje (000, 001, … , 111). La degradación es considerablemente mayor respecto a MLC. Se han dado casos de perdidas de datos con solo unos meses sin recibir alimentación. Al tener 8 estados de voltaje posibles, en caso de degradación es mucho más complicado saber que valor tenía una celda, provocando en el mejor de los casos velocidades de lectura más bajas. Esto afectó en su día a los discos de la marca Samsung en su modelo 840 EVO, éstos discos sufrían una gran ralentización a la hora de leer los datos escritos en el disco.

Memorias QLC (Quad Level Cell)

Tiene la capacidad de almacenar 4 bits, por cada celda, lo que significa 16 estados de voltaje (0000, 0001, 0010, …, 1111). Son los peores actualmente y se desaconseja bastante su uso, aunque parece que los fabricantes están apostando por este tipo de memorias. Es aconsejable esperar a que la tecnología avance un poco más y sean más fiables y duraderos.

Hay que indicar que MLC, en ingles significa “celdas de multibles niveles”, de esta forma la memoria TLC y QLC son a su vez MLC, hay fabricantes que en las especificaciones indican por ejemplo “MLC de 3 bits” para referirse a las TLC

Gráficamente se puede representar de la siguiente forma:

Distribución de celda, 2D-NAND y 3D-NAND

Lo comentado hasta ahora definida las memorias por la capacidad de una celda individual, éstas celdas se agrupan en chips de memoria o “pastillas”, a su vez una memoria NAND o un disco SSD estará formado por uno o varios chips.

Si la distribución de las celdas en el chip o DIE de la memoria se hace solo en dos dimensiones, ancho y largo, tenemos la memoria denominada de dos dimensiones (2D-NAND), estas memoria han sido las más comunes en los discos SSD, si también se distribuyen celdas verticalmente tenemos las memoria 3D-NAND o NAND vertical:

El primer fabricante que sacó al mercado una memoria 3D-NAND fue Samsung con las memorias que denominaron VNAND, actualmente los grandes fabricantes les han seguidos los pasos, como son Micron e Intel (3D-Xpoint)

Esta tecnología a permito sacar producto con una buena relación de calidad / precio usando celdas MLC y TLC, consiguiendo hacer celdas más grandes y, por lo tanto, mejor aisladas, mejorando las memorias NAND 3D-TLC los defectos de las memorias TLC y acercándolas a la durabilidad de las MLC.

Cuanto más densas sean las celdas donde se almacenan los datos, más pequeño es el espacio que tienen para guardar los bit. Es por ello que, a mayor densidad (TLC y QLC), menor retención de datos tienen y menor número de escrituras (TBW) soportan. Esto es bastante importante en la durabilidad de la memoria. Si queremos un disco SSD que nos dure mucho tiempo, tenemos que tener en cuenta qué tecnología usa.

A teniendo a la durabilidad, las memoria NAND se pueden ordenar de la siguiente forma: SLC > 3D-MLC > MLC > 3D-TLC > TLC > 3D-QLC > QLC.

La recomendación general es no usar discos con memorias “peores” que 3D-TLC, sobre todo si tenemos aprecio a nuestros datos.

El mercado está tendiendo a la desaparición de los MLC, prácticamente ya no se fabrican disco con memoria SLC y los TLC son cada vez más populares, especialmente porque permiten reducir costes. Es por eso que normalmente los discos SSD más baratos son TLC, lo que significa que aguantarán menos escrituras en sus celdas y que los datos pueden perderse si dejas el disco unos meses sin alimentación, es decir, el PC apagado.