3D NAND – kolejny krok w rozwoju pamięci flash

Po osiągnięciu akceptowalnego poziomu cen dyski SSD podbijają rynek nośników pamięci stosowanych w komputerach. Stały się porządanym podzespołem montowanym w wielu nowych maszynach – zarówno w takich dla graczy, jak i tych przeznaczonych do pracy biurowej. Główną zaletą zastosowania dysku półprzewodnikowego jest wydajność kilkukrotnie wyższa względem napędów talerzowych. Obecnie rola modeli HDD została ograniczona do magazynów danych.

Wynika to ze sposobu, w jaki użytkownicy korzystają ze swoich komputerów – głównie jest to przeglądanie internetu, tworzenie dokumentów, grafik, materiałów video oraz kopiowanie plików. Dyski SSD dzięki swojej szybkości pozwalają na zaoszczędzenie od kilku do kilkudziesięciu sekund na wielu operacjach. Również uruchamianie systemu oraz zainstalowanych gier i aplikacji trwa zdecydowanie krócej.

MLC czy TLC?

Wśród tradycyjnych układów pamięci wykorzystywanych w dyskach SSD można wymienić SLC, MLC i TLC. Te pierwsze są stosowane jedynie w dyskach przeznaczonych do serwerów i próżno szukać ich w modelach konsumenckich. Kości MLC montuje się w napędach ze średniej i wysokiej półki cenowej – głównie ze względu na wysoką wydajność oraz wytrzymałość. Układy TLC to rozwiązanie spotykane w budżetowych urządzeniach, w których najważniejsze jest zachowanie konkurencyjnej ceny.

Różnica pomiędzy układami MLC a TLC w uproszczeniu wynika ze sposobu zapisywania danych. Kości wykonane w technologii Multi Level Cell umożliwiają zapisanie 2 bitów w pojedynczej komórce pamięci, natomiast Triple Level Cell oferują wyższą gęstość zapisu – 3 bity na komórkę. Efektem jest inna cena produkcji oraz wydajność poszczególnych układów.

Obie te technologie są nazywane planarnymi, co oznacza, że komórki pamięci są ułożone poziomo. Dalsze zwiększanie gęstości zapisu okazało się niemożliwe ze względu na ograniczenia technologiczne. Dlatego producenci postanowili spróbować innego kierunku rozwoju.

Następny krok – 3D NAND

Tym kierunkiem okazała się zmiana ułożenia komórek pamięci z poziomego na pionowe. Wykorzystująca ten koncept technologia 3D NAND została zaprezentowana już w 2013 roku. Producenci zamiast nadal zwiększać gęstość zapisu w układach planarnych zdecydowali się na warstwowe układanie komórek pamięci. Pozwoliło to na znaczne zwiększenie pojemności i prędkości dostępu do danych przy zachowaniu takiego samego rozmiaru kości. Pierwsze, 24-warstwowe układy oferowały prawie dwukrotnie wyższą pojemność niż tradycyjne pamięci planarne wykonane w procesie 20 nm. Obecnie produkowane są już układy w wersjach 32-warstwowych i 48-warstwowych.

Do budowy kości 3D NAND stosuje się znane i sprawdzone technologie MLC i TLC. Pojedynczy układ pamięci ma pojemność odpowiednio 256 Gb lub 384 Gb. Dla porównania jedna kość wykonana w technologii planarnej pomieści tylko 128 Gb. Największą zaletą technologii 3D NAND jest połączenie cech układów MLC i TLC – czyli wysokiej wydajność i wytrzymałości oraz atrakcyjnej ceny.

Same korzyści?

Stosowanie kości 3D NAND zapewnia także kilka innych ważnych korzyści. Dzięki warstwowej budowie udało się zmniejszyć i tak niskie zużycie energii, a także zwiększyć odporność komórek pamięci na cykle zapisu danych. Skutkuje to wydłużeniem czasu bezawaryjnej pracy do 2 000 000 godzin. W przypadku najlepszych dysków z planarnymi układami jest to od 1 do 1,5 mln godzin.

Dochodzimy do najważniejszej kwestii – ceny. W przypadku modeli z układami 3D NAND nie odbiega ona od kosztu dysków z kośćmi MLC, a więc uchodzących za wytrzymałe i wydajne. Przykładowo za ADATA SU800 o pojemności 256 GB zapłacić trzeba ok. 350 zł.