En electrónica , una celda multinivel ( MLC ) es una celda de memoria capaz de almacenar más de un bit de información, en comparación con una celda de un solo nivel ( SLC ) que puede almacenar solo un bit por celda de memoria. Una celda de memoria generalmente consta de un MOSFET de puerta flotante (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico), por lo que las celdas de varios niveles reducen el número de MOSFET necesarios para almacenar la misma cantidad de datos que las celdas de un solo nivel.
Las celdas de tres niveles ( TLC ) y las celdas de cuatro niveles ( QLC ) son versiones de la memoria MLC, que pueden almacenar tres y cuatro bits por celda, respectivamente. El nombre " celda de varios niveles" se utiliza a veces específicamente para referirse a la " celda de dos niveles". En general, los recuerdos se nombran de la siguiente manera:
- Celda de un solo nivel o SLC (1 bit por celda)
- Celda multinivel o MLC (2 bits por celda)
- Celda de triple nivel o TLC (3 bits por celda)
- Celda de cuatro niveles o QLC (4 bits por celda)
- Penta-Level Cell o PLC (5 bits por celda) - actualmente en desarrollo
Normalmente, a medida que aumenta el recuento de "niveles", el rendimiento (velocidad y confiabilidad) y el costo del consumidor disminuyen; sin embargo, esta correlación puede variar entre fabricantes.
Ejemplos de memorias MLC son MLC NAND flash , MLC PCM (memoria de cambio de fase), etc. Por ejemplo, en la tecnología SLC NAND flash, cada celda puede existir en uno de los dos estados, almacenando un bit de información por celda. La mayoría de las memorias flash MLC NAND tienen cuatro estados posibles por celda, por lo que puede almacenar dos bits de información por celda. Esto reduce la cantidad de margen que separa los estados y da como resultado la posibilidad de más errores. Las celdas de varios niveles que están diseñadas para tasas de error bajas a veces se denominan MLC empresarial ( eMLC ).
Las nuevas tecnologías, como las celdas multinivel y 3D Flash, y el aumento de los volúmenes de producción seguirán reduciendo los precios. [1]
Celda de un solo nivel
La memoria flash almacena datos en celdas de memoria individuales, que están hechas de transistores MOSFET de puerta flotante . Tradicionalmente, cada celda tenía dos estados posibles (cada uno con un nivel de voltaje), y cada estado representaba un uno o un cero, por lo que un bit de datos se almacenaba en cada celda en las llamadas celdas de un solo nivel o memoria flash SLC. La memoria SLC tiene la ventaja de mayores velocidades de escritura, menor consumo de energía y mayor resistencia de la celda. Sin embargo, debido a que la memoria SLC almacena menos datos por celda que la memoria MLC, su fabricación cuesta más por megabyte de almacenamiento. Debido a las velocidades de transferencia más altas y la vida útil más larga esperada, la tecnología flash SLC se utiliza en tarjetas de memoria de alto rendimiento . En febrero de 2016, se publicó un estudio que mostró poca diferencia en la práctica entre la confiabilidad de SLC y MLC. [2]
Una memoria Flash de celda de un solo nivel (SLC) puede tener una vida útil de aproximadamente 50.000 a 100.000 ciclos de programa / borrado. [3]
Una celda de un solo nivel representa un 1 cuando está casi vacía y un 0 cuando está casi llena. Existe una región de incertidumbre (un margen de lectura) entre los dos estados posibles en los que los datos almacenados en la celda no se pueden leer con precisión. [4]
Celda de varios niveles
El beneficio principal de la memoria flash MLC es su menor costo por unidad de almacenamiento debido a la mayor densidad de datos, y el software de lectura de memoria puede compensar una mayor tasa de error de bits . [5] La tasa de error más alta requiere un código de corrección de errores (ECC) que puede corregir múltiples errores de bits; por ejemplo, el controlador flash SandForce SF-2500 puede corregir hasta 55 bits por sector de 512 bytes con una tasa de error de lectura irrecuperable de menos de un sector por cada 10 17 bits leídos. [6] El algoritmo más utilizado es Bose-Chaudhuri-Hocquenghem ( código BCH ). [7] Otros inconvenientes de MLC NAND son menores velocidades de escritura, menor número de ciclos de borrado de programa y mayor consumo de energía en comparación con la memoria flash SLC.
Las velocidades de lectura también pueden ser más bajas para MLC NAND que para SLC debido a la necesidad de leer los mismos datos en un segundo umbral de voltaje para ayudar a resolver errores. Es posible que los dispositivos TLC y QLC necesiten leer los mismos datos hasta 4 y 8 veces respectivamente para obtener valores que puedan corregirse mediante ECC. [8]
El flash MLC puede tener una vida útil de aproximadamente 1.000 a 10.000 ciclos de programa / borrado. Por lo general, esto requiere el uso de un sistema de archivos flash que está diseñado alrededor de las limitaciones de la memoria flash, como el uso de nivelación de desgaste para extender la vida útil del dispositivo flash.
El Intel 8087 usó tecnología de dos bits por celda, y en 1980 fue uno de los primeros dispositivos en el mercado en usar celdas ROM de varios niveles. [9] [10] Intel más tarde demostró la memoria flash NOR de celda multinivel (MLC) de 2 bits en 1997. [11] NEC demostró celdas de cuatro niveles en 1996, con un chip de memoria flash de 64 Mb que almacena 2 bits por celda. En 1997, NEC demostró un chip de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) con celdas de cuatro niveles, con una capacidad de 4 Gb. STMicroelectronics también demostró celdas de cuatro niveles en 2000, con un chip de memoria flash NOR de 64 Mb . [12]
MLC se usa para referirse a celdas que almacenan dos bits por celda, usando cuatro valores o niveles de carga. Un MLC de 2 bits tiene un único nivel de carga asignado a cada combinación posible de unos y ceros, de la siguiente manera: cuando está cerca del 25% de su capacidad, la celda representa un valor binario de 11, cuando está cerca del 50%, la celda representa un 01, cuando está cerca del 75%, la celda representa un 00, y cuando está cerca del 100%, la celda representa un 10. Una vez más, hay una región de incertidumbre (margen de lectura) entre los valores, en la que los datos almacenados en la celda no pueden ser precisos. leer. [13] [4]
Como de 2013,[actualizar]algunas unidades de estado sólido utilizan parte de un troquel MLC NAND como si fuera SLC NAND de un solo bit, lo que proporciona velocidades de escritura más altas. [14] [15] [16]
A partir de 2018,[actualizar]casi todos los MLC comerciales se basan en planos (es decir, las células se construyen sobre una superficie de silicio) y, por lo tanto, están sujetas a limitaciones de escala. Para abordar este problema potencial, la industria ya está buscando tecnologías que puedan garantizar aumentos de la densidad de almacenamiento más allá de las limitaciones actuales. Uno de los más prometedores es 3D Flash, donde las celdas se apilan verticalmente, evitando así las limitaciones del escalado plano. [17]
En el pasado, algunos dispositivos de memoria iban en la otra dirección y usaban dos celdas por bit para dar tasas de error de bit aún más bajas. [18]
Enterprise MLC (eMLC) es una variante más cara de MLC que está optimizada para uso comercial. Afirma durar más y ser más confiable que los MLC normales al tiempo que proporciona ahorros de costos en comparación con los variadores SLC tradicionales. Aunque muchos fabricantes de SSD han producido unidades MLC programadas para uso empresarial, solo Micron vende chips NAND Flash sin procesar con esta designación. [19]
Celda de triple nivel
Una celda de triple nivel ( TLC ) es un tipo de memoria flash NAND que almacena tres bits de información por celda. Toshiba introdujo la memoria con celdas de triple nivel en 2009. [20]
Samsung anunció un tipo de flash NAND que almacena tres bits de información por celda, con ocho estados de voltaje total (valores o niveles), acuñando el término "celda de triple nivel" ("TLC"). Samsung Electronics comenzó a producirlo en masa en 2010, [21] y se vio por primera vez en los SSD de la serie 840 de Samsung . [22] Samsung se refiere a esta tecnología como MLC de 3 bits. Los aspectos negativos de MLC se amplifican con TLC, pero TLC se beneficia de una densidad de almacenamiento aún mayor y un costo más bajo. [23]
En 2013, Samsung presentó V-NAND (Vertical NAND, también conocida como 3D NAND) con celdas de triple nivel, que tenían una capacidad de memoria de 128 Gb . [24] Expandieron su tecnología TLC V-NAND a 256 Gb de memoria en 2015, [21] y 512 Gb en 2017. [25]
Celda de cuatro niveles
La memoria que almacena cuatro bits por celda se denomina comúnmente celda de nivel cuádruple ( QLC ), siguiendo la convención establecida por TLC . Antes de su invención, QLC se refería a celdas que pueden tener dieciséis estados de voltaje, es decir, que almacenan cuatro bits por celda.
En 2009, Toshiba y SanDisk introdujeron chips de memoria flash NAND con celdas de cuatro niveles, que almacenan 4 bits por celda y tienen una capacidad de 64 Gb. [20] [26]
Las tarjetas de memoria flash SanDisk X4, introducidas en 2009, fueron uno de los primeros productos basados en memoria NAND que almacena cuatro bits por celda, comúnmente conocida como Quad Level Cell (QLC), utilizando 16 niveles de carga discretos (estados) en cada individuo. transistor. Los chips QLC utilizados en estas tarjetas de memoria fueron fabricados por Toshiba, SanDisk y SK Hynix . [27] [28]
En 2017, Toshiba introdujo chips de memoria V-NAND con celdas de cuatro niveles, que tienen una capacidad de almacenamiento de hasta 768 Gb. [29] En 2018, ADATA , Intel , Micron y Samsung lanzaron algunos productos SSD que utilizan memoria QLC NAND. [30] [31] [32] [33]
Ver también
- Memoria flash
- Unidad de estado sólido
- StrataFlash
Referencias
- ^ "NAND Flash está desplazando las unidades de disco duro" . Consultado el 29 de mayo de 2018 .
- ^ Bianca Schroeder y Arif Merchant (22 de febrero de 2016). "Fiabilidad Flash en la producción: lo esperado y lo inesperado" . Conferencia sobre Tecnologías de Archivo y Almacenamiento . Usenix . Consultado el 3 de noviembre de 2016 .
- ^ https://www.hyperstone.com/en/NAND-Flash-is-displacing-hard-disk-drives-1249,12728.html , NAND Flash está desplazando a las unidades de disco duro, consultado el 29 de mayo de 2018
- ^ a b https://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2
- ^ Seminario web Flash MLC NAND de Micron Archivado 2007-07-22 en Wayback Machine
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- ^ https://www.hyperstone.com/en/Solid-State-bit-density-and-the-Flash-Memory-Controller-1235,12728.html - Solid State bit Density and the Flash Memory Controller, recuperado 29. Mayo de 2018
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enlaces externos
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- Interfaz Flash NAND abierta