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No todos los discos SSD son iguales

Los discos de estado sólido (SSD=Solid-State Drive) están cayendo rápidamente en precio y la promesa de revitalizar viejas computadoras por una módica inversión está atrayendo a gran cantidad de usuarios a reemplazar sus discos electromecánicos por estos nuevos dispositivos 100% electrónicos. Aunque pudiera parecer que todos son iguales, las tecnologías usadas para su construcción son importantes al considerar la compra de una de estas unidades ya que impactará tanto el rendimiento como la vida útil de estos dispositivos.

Un disco SSD se parece a una memoria flash típica, ya que comprende como esta una matriz de memoria, que incluye un gran número de células o celdas. Cada una de estas celdas de memoria incluye un transistor de efecto de campo de puerta flotante capaz de sostener una carga. Los datos en una celda se determinan por la presencia o ausencia de la carga eléctrica en la puerta flotante.

Las celdas se suelen agrupar en secciones llamadas “erase blocks” ó “bloques de borrado”. Cada una de las celdas dentro de un bloque de borrado puede ser programada eléctricamente de una manera aleatoria cargando la puerta flotante. La carga se puede eliminar de la puerta flotante mediante una operación de borrado de todo el bloques. Ya que sólo se puede borrar una celda borrando a todas las del mismo bloque, de alli proviene su nombre.

Un término utilizado frecuentemente para categorizar “vida útil” de este tipo de meorias es P/E. El P/E (Program/Erase) hace referencia a un ciclo de programación/borrado, cuando los datos se escriben en una celda, se borran y se vuelven a escribir. Los diferentes tipos de memorias flash tienen vidas diferentes o limitan el número de ciclos P/E soportados antes de que la celda falle.

Las limitaciones del ciclo P/E son inherentes a este tipo de memorias flash, y se refieren a los números máximos del ciclo de programación/borrado antes de que la información no pueda ser leida o sea imposible escribir sobre las celdas. Esta es la limitación principal de las memorias flash. Como con cualquier memoria, varias características del semiconductor, densidad fab y el control, determinan la vida útil, velocidad, costo y tasas de transferencia de P/E.

MLC vs. eMLC vs. SLC vs. TLC

Hay cuatro tipos de memorias flash del tipo NAND, que difieren en número de ciclos P/E por ciclo de vida y definen su construcción:

SLC – Celda de un solo nivel (Single-Level Cell): la más cara, la de más larga vida (alto P/E) y generalmente más rápida. Los bits se almacenan sólo como 2 niveles de voltaje. Un “1” o “0.” En SLC se almacenan menos datos por celda, por lo que el coste de almacenamiento por unidad es mayor.
MLC – Celdas multi-nivel (Multi-Level Cell): son las más usadas para el consumo masivo y se utiliza en teléfonos, cámaras y pendrive USB. La carga almacenada en MLC puede interpretarse como una variedad de valores, 0 a 3, o 4 estados posibles, y puede almacenar 2 bits por celda. Con tiempos de vida más cortos, por lo general diez veces menores que los del tipo SLC. La ventaja de esta memoria es que el costo es entre la mitad y la cuarta parte de lo que cuestan los SLC. Pero con velocidades de escritura más bajas. Las memorias del tipo MLC por lo general utilizan algún tipo de código de corrección de errores por bloque.
EMLC – Celdas multi-nivel de grado empresarial (Enterprise Multi-Level Cell): es una celda MLC con vida más larga, generalmente debido a un controlador avanzado que opera las celdas y técnicas de recuperación de errores, densidad de construcción, o alguna combinación de estos dos factores.
TLC – Celdas de triple-nivel (Triple Level Cell): este tipo de memorias es defendida por Samsung, TLC tiene mayores requerimientos de corrección de potencia y error. Además de mayores niveles de desgaste. La TLC está dirigida a entornos con usos de lectura predominantes y no ha sido de uso común. Sin embargo, muchos discos SSD de bajo costo están usando este tipo de memoria.

Arquitecturas NOR vs NAND

Las celdas de memoria de una matriz de memoria EEPROM (memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente) y una matriz de memoria flash se disponen típicamente en una arquitectura “NOR” o “NAND”:

En la arquitectura NOR, cada celda directamente se acopla a una línea de bits, permitiendo un verdadero acceso aleatorio.
En cambio en la arquitectura NAND, las celdas se acoplan en “cadenas” de celdas, de manera que cada celda se acopla indirectamente a una línea de bits y requiere activar las otras celdas de la cadena para tener acceso a la lectura o escritura.
La memoria flash es un tipo de EEPROM, pero el término EEPROM generalmente se refiere a EEPROM sin flash, donde los datos pueden ser borrados en unidades pequeñas, usualmente bytes. La mayoría de las unidades de estado sólido (SSD), flash USB y tarjetas de memoria utilizan flash NAND. De alli que el borrado, sea por lo general un proceso lento. Sin embargo, es mucho más rápido en flash que en las meorias EEPROM sin flash, debido a los grandes tamaños de bloque utilizados en flash.