Tipos de unidades SSD, ¿qué tipos de unidades SSD existen y cuáles son sus diferencias? Memoria flash NAND: características de estructura y funcionamiento.

La necesidad de memoria flash no volátil crece en proporción al avance de los sistemas informáticos en el campo de las aplicaciones móviles. La confiabilidad, el bajo consumo de energía, el tamaño pequeño y el peso reducido son ventajas obvias de los medios basados ​​en memoria flash en comparación con las unidades de disco. Dada la constante disminución del coste de almacenar una unidad de información en la memoria flash, los medios basados ​​en ella aportan cada vez más ventajas y funcionalidades a las plataformas móviles y equipos portátiles que utilizan dicha memoria. Entre la variedad de tipos de memoria, la memoria flash basada en celdas NAND es la base más adecuada para construir dispositivos de almacenamiento no volátiles para grandes cantidades de información.

Actualmente, existen dos estructuras principales para construir memoria flash: memoria basada en celdas NOR y NAND. La estructura NOR (Fig. 1) consta de celdas de almacenamiento de información elemental conectadas en paralelo. Esta organización de células brinda la posibilidad de acceso aleatorio a los datos y registro de información byte a byte. La estructura NAND (Fig. 2) se basa en el principio de conexión secuencial de celdas elementales que forman grupos (un grupo tiene 16 celdas), que se combinan en páginas y páginas en bloques. Con esta construcción de una matriz de memoria, es imposible acceder a celdas individuales. La programación se realiza simultáneamente solo dentro de una página y al borrar se accede a bloques o grupos de bloques.

Fig.1 Estructura NOR	Fig.2 Estructura NAND

Como resultado, las diferencias en la organización estructural entre las memorias NOR y NAND se reflejan en sus características. Cuando se trabaja con cantidades relativamente grandes de datos, los procesos de escritura/borrado en la memoria NAND se realizan mucho más rápido que la memoria NOR. Dado que 16 celdas de memoria NAND adyacentes están conectadas en serie entre sí sin espacios de contacto, se logra una gran área de celdas en el chip, lo que permite una alta capacidad con los mismos estándares tecnológicos. El núcleo de la programación de la memoria flash NAND es el proceso de tunelización de electrones. Y como se utiliza tanto para programar como para borrar, se consigue un bajo consumo de energía del chip de memoria. La estructura de celdas secuenciales permite un alto grado de escalabilidad, lo que convierte a la memoria flash NAND en líder en la carrera por aumentar la capacidad de memoria. Debido a que el túnel de electrones se produce en toda el área del canal de la celda, la memoria flash NAND tiene una tasa de captura de carga por unidad de área más baja que otras tecnologías de memoria flash, lo que resulta en una mayor cantidad de ciclos de programación/borrado. La programación y la lectura se realizan sector por sector o página por página, en bloques de 512 bytes, para emular el tamaño de sector común de las unidades de disco.

Las principales diferencias en los parámetros de la memoria flash fabricada con diversas tecnologías se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Características comparativas de los módulos de memoria basados ​​en celdas NAND y NOR

El líder líder en la producción de chips flash NAND es Hynix. Produce varios tipos de chips de memoria, que se diferencian en los siguientes parámetros clave:

• capacidad (256 Mbit, 512 Mbit y 1 Gbit);
• ancho de bus, 8 o 16 bits (x8, x16);
• tensión de alimentación: de 2,7 a 3,6 V (dispositivo de 3,3 V) o de 1,7 a 1,95 V (dispositivo de 1,8 V);
• tamaño de página: en dispositivos x8 (512 + 16 de repuesto) bytes, en 16x – (256 + 8 de repuesto) palabras;
• tamaño de bloque: en dispositivos x8 (16K + 512 de repuesto) bytes, en 16x – (8K + 256 de repuesto) palabras;
• tiempo de acceso: acceso aleatorio 12 μS, secuencial 50 nS;
• tiempo de programación de página 200 µS;

Todos los chips flash NAND de Hynix tienen un tiempo de borrado de bloque típico de 2 mS, tienen protección de datos basada en hardware durante transitorios de energía y pueden realizar 100.000 ciclos de escritura/borrado. El tiempo de conservación de datos garantizado es de 10 años. Una característica importante de los chips de memoria Hynix es su compatibilidad pin a pin independientemente de la capacidad. Esto hace que sea muy fácil mejorar las características de consumo del producto final. La Tabla 2 muestra los parámetros básicos de todos los chips flash Hynix NAND.

Tabla 2. Lista comparativa de chips flash NAND de Hynix

* - Rangos de temperatura
do- Rango de temperatura de funcionamiento comercial 0...+70°C
mi- Rango de temperatura de funcionamiento ampliado -25...+85°C
I- Rango de temperatura de funcionamiento industrial -40...+85°C

Las características de los chips de memoria Hynix se pueden examinar con más detalle utilizando el ejemplo de los cristales de la serie HY27xx(08/16)1G1M. La Figura 3 muestra la estructura interna y el propósito de los terminales de estos dispositivos. Las líneas de dirección se multiplexan con líneas de entrada/salida de datos en un bus de E/S de 8 o 16 bits. Esta interfaz reduce la cantidad de pines utilizados y permite pasar a chips de mayor capacidad sin cambiar la placa de circuito impreso. Cada bloque se puede programar y borrar 100.000 veces. Para extender el ciclo de vida de los dispositivos flash NAND, se recomienda encarecidamente utilizar un código de corrección de errores (ECC). Los chips tienen una salida de lectura/ocupado de drenaje abierto que se puede utilizar para identificar la actividad del controlador PER (Programación/Borrado/Lectura). Dado que la salida es de drenaje abierto, es posible conectar varias de estas salidas de diferentes chips de memoria juntas a través de una resistencia pull-up al terminal positivo de la fuente de alimentación.

Fig.3 Organización interna de los chips flash Hynix NAND

Para un trabajo óptimo con bloques defectuosos, está disponible el comando "Copiar atrás". Si falla la programación de una página, los datos de ese comando se pueden escribir en otra página sin tener que reenviarla.

Los chips de memoria Hynix están disponibles en los siguientes paquetes:

• 48-TSOP1 (12x20x1,2 mm) – Figura 4;
• 48-WSOP1 (12x12x0,7 mm)
• 63-FBGA (8,5x15x1,2 mm, conjunto de contactos de bolas de 6x8, paso de 0,8 mm)

Fig.4 Flash NAND Hynix

La matriz de memoria NAND está organizada en bloques, cada uno de los cuales contiene 32 páginas. La matriz se divide en dos áreas: principal y de repuesto (Fig. 5). El área principal de la matriz se usa para almacenar datos, mientras que el área de repuesto generalmente se usa para almacenar códigos de corrección de errores (ECC), indicadores de programas e ID de bloques incorrectos del área principal. En dispositivos x8, las páginas del área principal se dividen en dos medias páginas de 256 bytes cada una, más 16 bytes del área libre. En dispositivos x16, las páginas se dividen en un área principal de 256 palabras y un área libre de 8 palabras.

Fig.5 Organización de la matriz de memoria NAND

Los dispositivos flash NAND con páginas de 528 bytes/264 palabras pueden contener bloques defectuosos, que pueden contener una o más celdas muertas cuya confiabilidad no se garantiza. Además, pueden aparecer bloques adicionales inutilizables durante el funcionamiento del producto. La información sobre los bloques defectuosos se escribe en el cristal antes de enviarla. El trabajo con dichos bloques se realiza de acuerdo con el procedimiento descrito en detalle en el manual de referencia de los chips de memoria Hynix.

Cuando se trabaja con chips de memoria, se realizan tres acciones principales: leer (Fig. 6), escribir (Fig. 7) y borrar (Fig. 8).

Procedimiento de lectura de datos

Fig.6 Diagrama del procedimiento de lectura

Los procedimientos para leer datos de la memoria NAND pueden ser de tres tipos: lectura aleatoria, lectura de página y lectura de filas secuencial. Con la lectura aleatoria, se necesita un comando separado para obtener un dato.

La página se lee después de un acceso de lectura aleatorio, que transfiere el contenido de la página al búfer de página. La finalización de la transferencia se indica mediante un nivel alto en la salida Lectura/Ocupado. Los datos se pueden leer secuencialmente (desde la dirección de la columna seleccionada hasta la última columna) mediante un pulso de señal en Read Enable (RE).

El modo de lectura de línea secuencial está activo si la entrada Chip Enable (CE) permanece baja y la entrada Read Enable pulsa después de que se haya leído la última columna de la página. En este caso, la página siguiente se carga automáticamente en el búfer de páginas y la operación de lectura continúa. La operación de lectura de línea secuencial solo se puede utilizar dentro de un bloque. Si se modifica un bloque, se debe emitir un nuevo comando de lectura.

Procedimiento de registro de datos

Fig.7 Diagrama del procedimiento de grabación.

El procedimiento estándar para registrar datos es el registro de páginas. El área principal de la matriz de memoria se programa en páginas, pero es posible programar parte de una página con el número requerido de bytes (de 1 a 528) o palabras (de 1 a 264). El número máximo de registros consecutivos de partes de una misma página no es más de uno en el área principal y no más de dos en el área de respaldo. Una vez superados estos valores, se debe ejecutar el comando de borrado de bloque antes de cualquier programación posterior de esa página. Cada operación de programación consta de cinco pasos:

1. Se requiere un ciclo de bus para configurar el comando de escritura de página.
2. Se necesitan cuatro ciclos de autobús para transferir una dirección.
3. Enviar datos al bus (hasta 528 bytes / 264 palabras) y cargarlos en el búfer de página.
4. Se requiere un ciclo de bus para emitir un comando de confirmación para iniciar el controlador PER.
5. El controlador PER escribe datos en la matriz.

Procedimiento de borrado de bloque

Fig.8 Diagrama del procedimiento de borrado

La operación de borrado se realiza en un bloque a la vez. Como resultado de su operación, todos los bits del bloque especificado se establecen en "1". Todos los datos anteriores se pierden. La operación de borrado consta de tres pasos (Fig. 8):

1. Se requiere un ciclo de bus para configurar el comando de borrado de bloque.
2. Sólo se necesitan tres ciclos de bus para configurar la dirección del bloque. El primer bucle (A0-A7) no es necesario ya que sólo las direcciones A14 a A26 (direcciones más altas) son válidas; A9-A13 se ignoran.
3. Se requiere un ciclo de bus para emitir un comando de confirmación para iniciar el controlador PER.

Además de Hynix, los chips de memoria NAND son producidos por otros fabricantes, entre los cuales Samsung tiene una gama de productos y un volumen de ventas muy amplio. Produce dos líneas principales de chips de memoria NAND Flash y One NAND™. La familia de módulos de memoria One NAND™ son memorias de un solo chip con una interfaz flash NOR estándar basada en una matriz de celdas flash NAND.

La gama de productos fabricados por Samsung es más amplia que la de Hynix. Se presentan módulos con capacidades desde 4 Mbit hasta 8 Gbit, operando en rangos de temperatura comercial e industrial. Están disponibles modificaciones de 8 y 16 bits para diferentes rangos de voltaje de suministro: 1,65...1,95 V o 2,7...3,6 V. Los productos Samsung tienen capacidades avanzadas de protección de datos de hardware: protección contra escritura para BootRAM, modo de protección para la matriz Flash y protección contra escritura accidental cuando se enciende y apaga.

Por lo demás, el diseño de los chips de memoria Hynix y los productos de la familia Samsung NAND Flash es casi idéntico. En esta situación, la opción preferida del consumidor es el producto del fabricante cuyo precio de mercado sea más aceptable.

El alto rendimiento al leer flujos de datos en serie determina la amplia gama de aplicabilidad de la memoria flash NAND. Un mercado muy popular y prometedor para este tipo de memoria es el mercado de unidades de estado sólido para bus USB. La Tabla 3 muestra las capacidades de los chips flash NAND producidos actualmente en esta área. Además, el uso más rentable de dicha memoria es en reproductores MP3, cámaras digitales, ordenadores portátiles y otros equipos similares.

Tabla 3. Ventajas y desventajas de usar flash NAND en unidades de estado sólido

MLC o TLC: ¿cuál es mejor elegir para su computadora? Todos los usuarios que alguna vez han utilizado una unidad de estado sólido (memoria SSD) hablan positivamente de ella. Gracias a él, sus aplicaciones favoritas se cargan más rápido y mejoran la eficiencia general del sistema. Además, estos discos son mucho más duraderos y duraderos que los discos duros tradicionales. Pero ¿por qué algunos tipos de memoria son más caros que otros? Para responder a esta pregunta, es necesario comprender la estructura interna de las unidades de este tipo.

La placa SSD se puede dividir en 3 bloques principales:

1. Memoria 3D NAND (no confundir con NOR Flash). Esta parte se utiliza para almacenar datos en unidades no volátiles que no requieren energía constante de la red eléctrica.
2. RDA. Una pequeña cantidad de memoria volátil que requiere energía para almacenar datos. Se utiliza con el fin de almacenar en caché información para acceso futuro. Esta opción no está disponible en todas las unidades.
3. Controlador. Actúa como intermediario, conectando la memoria 3D NAND y el ordenador. El controlador también contiene software integrado que ayuda a administrar el SSD.

La memoria NAND, a diferencia de NOR, se construye a partir de muchas celdas que contienen bits que se encienden o apagan mediante una carga eléctrica. La organización de estas celdas de desactivación representa los datos almacenados en el SSD. El número de bits en estas celdas también está determinado por el tipo de memoria. Por ejemplo, en una celda de nivel único (SLC), una celda contiene 1 bit. Las unidades NOR se utilizan comúnmente en dispositivos de red.

La razón por la que la unidad flash SLC tiene una pequeña cantidad de memoria es por su pequeño tamaño físico en comparación con otros componentes de la placa de circuito impreso (PCB). No olvide que la PCB incluye un controlador, memoria DDR y memoria 3D NAND, que de alguna manera deben colocarse dentro de la unidad del sistema de una computadora personal. La memoria MLC NAND duplica el número de bits por celda y la memoria TLC lo triplica. Esto tiene un efecto positivo en la capacidad de la memoria. Las unidades NOR brindan acceso a información aleatoria, razón por la cual no se usan como un disco duro.

Hay ciertas razones por las que los fabricantes continúan produciendo memorias flash con 1 bit por celda. Las unidades SLC se consideran las más rápidas y fiables, pero son relativamente caras y tienen una capacidad de almacenamiento limitada. Es por eso que un dispositivo de este tipo es preferible para computadoras que están sujetas a cargas pesadas.

¿Qué es SLC?

En el enfrentamiento entre SLC vs MLC o TLC 3D siempre gana el primer tipo de memoria, pero también cuesta mucho más. También tiene más memoria, pero es más lento y más propenso a fallar. MLC y TLC son los tipos de memoria recomendados para el uso diario normal de la computadora. NOR se usa comúnmente en teléfonos móviles y tabletas. Comprender sus propias necesidades ayudará al usuario a elegir la unidad SSD más adecuada.

La Celda de Un Solo Nivel recibe su nombre de un único bit que se enciende o apaga dependiendo de la energía eléctrica suministrada. La ventaja de SLC es que es el más preciso al leer y escribir datos y su ciclo de operación continua puede ser más largo. El número de reescrituras válidas es 90000-100000.

Este tipo de memoria se ha arraigado bien en el mercado debido a su larga vida útil, precisión y rendimiento general. Una unidad de este tipo rara vez se instala en las computadoras domésticas debido a su alto costo y su pequeña capacidad de memoria. Es más adecuado para uso industrial y cargas pesadas asociadas con la lectura y escritura continua de información.

Ventajas del SLC:

• larga vida útil y más ciclos de carga en comparación con cualquier otro tipo de memoria flash;
• menos errores de lectura y escritura;
• puede funcionar en un rango de temperatura más amplio.

Desventajas del SLC:

• precio elevado en comparación con otros SSD;
• cantidad de memoria relativamente pequeña.

tipo de memoria eMLC

eMLC es una memoria flash optimizada para el sector empresarial. Ofrece un rendimiento y una durabilidad mejorados. El número de reescrituras varía de 20.000 a 30.000. eMLC puede verse como una alternativa más barata a SLC que toma prestadas algunas ventajas de su competidor.

Ventajas de eMLC:

• mucho más barato que el SLC;
• Mayor rendimiento y resistencia en comparación con MLC NAND convencional.

Desventajas de eMLC:

• pierde frente a SLC en términos de rendimiento;
• no apto para uso doméstico.

Memoria flash MLC para SSD

La memoria de celda multinivel recibe su nombre de su capacidad para almacenar 2 bits de datos en una celda. La gran ventaja es el precio más bajo en comparación con el SLC. El menor costo, por regla general, se convierte en la clave de la popularidad del producto. El problema es que el número de posibles sobrescrituras por celda es significativamente menor en comparación con SLC.

Ventajas de MLC NAND:

precio relativamente bajo, diseñado para el consumidor masivo;
mayor confiabilidad en comparación con TLC.

Desventajas de MLC NAND:

• menos confiable y duradero que SLC o eMLC;
• no apto para uso comercial.

Memoria TLC

Triple Level Cell es el tipo de memoria flash más barato. Su mayor inconveniente es que sólo es apto para uso doméstico y está contraindicado para su uso en actividades empresariales o industriales. El ciclo de vida de una celda es de 3000 a 5000 reescrituras.

Ventajas de TLC 3D:

• el SSD más barato disponible en el mercado;
• capaz de satisfacer las necesidades de la mayoría de los usuarios.

Desventajas de TLC 3D:

• esperanza de vida más corta en comparación con otros tipos;
• no apto para uso comercial.

Durabilidad de las unidades SSD

Como todas las cosas buenas de este mundo, los SSD no duran para siempre. Como se señaló anteriormente, el ciclo de vida de un SSD depende directamente del tipo de memoria 3D NAND que utilice. A muchos usuarios les preocupa cuánto tiempo pueden durar los tipos de unidades más baratas. En comparación con MLC y TLC, la memoria SLC es más duradera pero cuesta más. Equipos independientes de entusiastas han probado los SSD de consumo disponibles, la mayoría de los cuales eran MLC, y solo uno usaba 3D NAND TLC. Los resultados fueron prometedores. Antes del fallo, la mayoría de estos dispositivos conseguían pasar 700 TB de información, y 2 de ellos incluso 1 PB. Esta es realmente una enorme cantidad de datos.

Puede dejar de lado con seguridad cualquier preocupación de que el SSD falle en poco tiempo. Si utiliza MLC o TLC 3D V-NAND para usos cotidianos como almacenar música, fotografías, software, documentos personales y videojuegos, puede estar seguro de que la memoria durará varios años. En casa, es imposible cargar la computadora tanto como se hace con los servidores corporativos. Aquellos preocupados por la vida útil de su memoria pueden beneficiarse de funciones como la tecnología de informes y análisis de autocontrol (S.M.A.R.T.), que ayudan a controlar el estado del SSD.

Elegir el SSD adecuado

De hecho, la diferencia entre los impulsos comerciales y los de los consumidores es tan enorme que resulta difícil de comprender. Los equipos de diseño han comenzado a fabricar SSD costosos para satisfacer las mayores demandas de las aplicaciones militares, científicas y de alta tecnología que requieren un procesamiento constante de información.

Los servidores de las grandes empresas son un buen ejemplo del uso de costosas unidades flash, porque funcionan las 24 horas del día, de 5 a 7 días a la semana. Es por eso que necesitan un rendimiento de lectura/escritura rápido y duradero y una confiabilidad mejorada. Las unidades de consumo son versiones simplificadas de las comerciales. Carecen de ciertas funciones pero ofrecen más memoria. Además, existe una agradable tendencia en el mundo hacia aumentar el rendimiento de las NAND económicas y reducir su costo.

¿Qué tipo de unidad debería elegir usted mismo? ¿SLC o MLC y TLC? Podemos concluir que la memoria SLC o eMLC simplemente no es necesaria para el uso diario normal, por lo que no tiene sentido gastar una gran cantidad de dinero en ella. Si elige el tipo de memoria NAND entre TLC o MLC, todo dependerá de sus capacidades financieras.

TLC NAND es la memoria más económica que puede satisfacer las necesidades de la mayoría de los consumidores. La memoria MLC puede considerarse como una versión más avanzada de la memoria NAND para personas que estén dispuestas a invertir mucho dinero en su computadora personal. También es adecuado para quienes planean almacenar sus datos durante muchos años. Si aparece el mensaje "No se detectó NAND Flash" en el monitor, lo más probable es que la memoria haya agotado sus recursos y haya fallado.

Hay dos tipos principales de memoria Flash: NOR y NAND. Cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y desventajas, que determinan las áreas de uso de cada tecnología. Sus principales características se presentan en la tabla.

Memoria flash NOR

La memoria NOR, que lleva el nombre del marcado de datos especial (Not OR - lógico Not-OR), es una memoria Flash de alta velocidad. La memoria NOR proporciona acceso aleatorio de alta velocidad a la información y tiene la capacidad de escribir y leer datos en una ubicación específica sin tener que acceder a la memoria de forma secuencial. A diferencia de la memoria NAND, la memoria NOR puede acceder a datos de hasta un byte de tamaño. La tecnología NOR se beneficia de situaciones en las que los datos se escriben o leen aleatoriamente. Por lo tanto, NOR suele estar integrado en teléfonos móviles (para almacenar el sistema operativo) y tabletas, y también se utiliza en ordenadores para almacenar BIOS.

Memoria Flash NAND

La memoria NAND se inventó después de NOR y también lleva el nombre de un marcado de datos especial (Not AND). La memoria NAND escribe y lee datos a alta velocidad, en modo de lectura secuencial, organizando los datos en pequeños bloques (páginas). La memoria NAND puede leer y escribir información página por página, pero no puede acceder a un byte específico como NOR. Por lo tanto, NAND se usa comúnmente en unidades de estado sólido (SSD), reproductores de audio y video, decodificadores, cámaras digitales, teléfonos móviles (para almacenar información del usuario) y otros dispositivos en los que los datos generalmente se escriben de forma secuencial.

Por ejemplo, la mayoría de las cámaras digitales utilizan tecnología NAND porque las imágenes se capturan y graban de forma secuencial. La tecnología NAND también es más eficiente a la hora de leer, ya que puede transferir páginas enteras de datos muy rápidamente. Como memoria serie, NAND es ideal para almacenar datos. Precio por

NAND y NOR: qué son y con qué se comen

Creo que muchos, al leer las noticias sobre memoria flash, se encontraron con algunas abreviaturas extrañas y abusivas como NOR y NAND. Al mismo tiempo, por regla general, no se proporcionó ninguna decodificación de los significados y lo más probable es que no se pudiera encontrar ninguna explicación para ellos. Intentemos aportar al menos algo de claridad a este tema.

Entonces, las abreviaturas NOR y NAND denotan el tipo de puerta lógica utilizada en una determinada unidad de memoria flash. NOR significa puerta NOR y NAND significa NOT AND. Pero como ahora no quiero leerte un curso de álgebra booleana y los conceptos básicos de la lógica digital, que además no necesitas, nos centraremos únicamente en los resultados del uso de estas tecnologías.
La función principal de las unidades flash es almacenar información. Y esto nos lleva a la primera diferencia: las densidades de grabación conseguidas hoy en día con la tecnología NAND superan a las conseguidas con NOR, y la diferencia se mide en órdenes de magnitud. Y los requisitos de almacenamiento de grandes volúmenes y compacidad determinan claramente la tecnología de memoria flash utilizada. Sin embargo, este no es el único criterio. Igualmente importante es la capacidad de ejecutar código de programa escrito en la memoria, es decir. la llamada capacidad XIP (XIP - eXecute In Place). Esta posibilidad existe en la tecnología NOR y está ausente en NAND. Resulta que el objetivo principal de la memoria producida con tecnología NAND es almacenar datos, y el de la tecnología NOR es almacenar código de programa ejecutable y, en menor medida, datos (lo que se debe no solo al pequeño volumen disponible; Volveremos sobre esto un poco más adelante).

Los dispositivos flash se dividen en partes llamadas bloques. Esto debe hacerse para superar ciertas limitaciones físicas y por razones de costo. Un bloque específico solo se puede escribir en cualquier dispositivo flash si ese bloque está vacío o borrado. En la mayoría de los casos, resulta que una operación de escritura debe ir precedida de una operación de borrado. Y si en los dispositivos NAND la operación de borrar un bloque se puede realizar inmediatamente, entonces en los dispositivos NOR es necesario primero poner a cero todos los bytes del bloque. También hay que decir que el tamaño de bloque típico en los dispositivos NOR es de 64 o 128 KB (8-32 KB para NAND), lo que, combinado con las ya bajas velocidades de flash, lleva al hecho de que las operaciones de escritura y borrado pueden ocupar a varios segundos. Este es un factor limitante en el uso de flash NOR como medio de almacenamiento de datos. Y es posible usarlo para almacenar código ejecutable si le conviene en términos de rendimiento; los requisitos no deben ser altos. El tiempo de borrado de la memoria NAND se mide en milisegundos y es de primer orden. Y el pequeño tamaño del bloque en condiciones externas desfavorables garantiza la pérdida de una cantidad mínima de datos. Entonces, para resumir este párrafo: las operaciones de lectura NOR son ligeramente más rápidas que las NAND; las operaciones de escritura, por el contrario, son más rápidas para NAND y significativamente; Debido al pequeño tamaño del bloque NAND, requiere menos borrados por unidad de tiempo (lo que, como veremos a continuación, también puede alargar su vida útil en el dispositivo), que realiza aproximadamente tres órdenes de magnitud más rápido que NOR.

NOR flash es un dispositivo de memoria de acceso aleatorio. Los chips NOR tienen una interfaz que permite direccionar y acceder fácilmente a cada byte individual. La interfaz de E/S de un dispositivo de memoria NAND es mucho más compleja y varía de un dispositivo a otro y de un desarrollador a otro. Los mismos pines (a menudo 8 de ellos) se utilizan para transmitir señales de control, direcciones y datos. Además, en NAND flash, el acceso se realiza en bloques de normalmente 512 bytes, es decir. Por acceso se leen o escriben 512 bytes. El acceso a cada bloque es aleatorio, pero como no es posible acceder a un byte individual, la memoria NAND no es, en cierto sentido, memoria de acceso aleatorio. Cada byte de un bloque de 512 bytes se envía al bus de memoria de forma secuencial, por lo que conviene hablar de acceso secuencial. Que es lo que hacen. O sobre memoria con organización de páginas. Ahora queda más claro por qué NOR es más adecuado para almacenar y ejecutar programas, y NAND es más adecuado para almacenar datos.
El diseño del circuito de una celda de memoria NAND es más simple: es más pequeño en comparación con NOR y, en consecuencia, esto conduce a una mayor densidad de grabación, un menor consumo de energía y costos de producción.

Pero cualquier tecnología no puede tener sólo aspectos positivos. En este sentido, NAND tampoco es una excepción. Como ocurre con cualquier unidad, es posible que se produzcan errores de lectura ocasionales y daños a la unidad en su conjunto. Para los dispositivos de memoria flash, es importante hablar de lectura sin errores, procesamiento de bloques defectuosos y número de ciclos de lectura/escritura. El fenómeno de resta errónea de bits (llamado cambio de bits) es más típico de la memoria NAND que de la NOR. El daño causado por un solo bit erróneo está determinado por el tipo de datos al que pertenece. Por lo tanto, para los datos multimedia esto resultará insignificante, pero un error de este tipo en el código del programa o en los datos críticos puede llevar a resultados muy trágicos. Como ya dije, este fenómeno es menos típico de la memoria NOR, y la memoria basada en tecnologías NAND requiere el uso de algún mecanismo adicional de detección y corrección de errores.

Las tecnologías de producción de memoria NAND aún son imperfectas e inicialmente la memoria contiene una cierta cantidad de elementos no funcionales. Dado que en NAND un grupo de celdas de almacenamiento se combina en un bloque, una celda dañada en un bloque conduce a la inoperancia del bloque en su conjunto, es decir, resulta ser un bloque malo. Por lo tanto, es necesario monitorear el estado de los bloques y usar solo los que funcionan, lo cual es mucho más fácil de hacer que producir memoria que no contenga páginas defectuosas en absoluto: dicha producción resulta muy costosa (una situación similar sucedió con paneles LCD al mismo tiempo). Por razones obvias, este tipo de defecto no es típico de NOR.

La vida útil de los chips flash se expresa en el número mínimo y máximo posible de ciclos de borrado para cada bloque individual (y ya sabemos que cada escritura en bloque va necesariamente acompañada de su borrado preliminar). Para la memoria basada en tecnologías NOR, es de 10.000 y 100.000 ciclos, respectivamente, para NAND: 100.000 y 1.000.000 de ciclos. Todo es sumamente sencillo y no hay nada que comentar.
Usar la memoria NOR es relativamente simple. No requiere ningún controlador adicional y puede instalarse y utilizarse de forma sencilla. NAND es más complicado, ya que diferentes fabricantes utilizan diferentes interfaces y lo más probable es que requiera un controlador. Sin embargo, a pesar de que la memoria NAND tiene muchas ventajas, no hay que pensar que NOR es cosa del pasado. La memoria NOR hoy en día se utiliza en numerosos dispositivos que no requieren grandes volúmenes y no son críticos para el rendimiento. NAND encuentra aplicación en aquellas áreas donde una mayor complejidad en la aplicación está justificada por los grandes volúmenes y rendimiento disponibles.

Basado en materiales de empresas de fabricación de flash.
M-Systems, Samsung, etc.

¿Qué es la memoria flash? | memoria flash(en Inglés) Memoria flash) o unidad flash- un tipo de memoria semiconductora de estado sólido, no volátil y reescribible.

Este tipo de memoria se puede leer una gran cantidad de veces dentro del período de almacenamiento de la información, generalmente de 10 a 100 años. Pero escribir en la memoria sólo puede realizarse un número limitado de veces (normalmente en la región de un millón de ciclos). Básicamente, la memoria flash está muy extendida en el mundo y puede soportar unos cien mil ciclos de reescritura, que es mucho más de lo que puede soportar un disquete normal o un disco CD-RW.
A diferencia de las unidades de disco duro (HDD), la memoria flash no contiene piezas mecánicas móviles y, por lo tanto, se considera un tipo de medio de almacenamiento más confiable y compacto.
Por lo tanto, debido a su tamaño compacto, su relativo bajo costo y su muy bajo consumo de energía, las unidades flash se utilizan ampliamente en equipos portátiles digitales: cámaras de video y fotografías, grabadoras de voz, reproductores de MP3, PDA, teléfonos móviles, teléfonos inteligentes y comunicadores. Además, este tipo de memoria se utiliza para almacenar software integrado en diversos equipos (módems, PBX, escáneres, impresoras, enrutadores).
Recientemente, las unidades flash con entrada USB (generalmente llamadas "unidades flash" o discos USB) se han generalizado y reemplazan a los disquetes y CD.
Hoy en día, la principal desventaja de los dispositivos basados ​​en unidades flash es la muy alta relación precio-volumen, mucho mayor que la de los discos duros entre 2 y 5 veces. Por tanto, el volumen de unidades flash no es muy grande, pero se está trabajando en esta dirección. Para reducir el coste del proceso tecnológico y bajo la influencia de la competencia, muchas empresas ya han anunciado el lanzamiento de unidades SSD con una capacidad de 512 GB o más. Por ejemplo, en febrero de 2011, OCZ Technology ofreció una unidad SSD PCI-Express con una capacidad de 1,2 TB y capaz de producir 10 millones de ciclos de escritura.
Las unidades SSD modernas se desarrollan sobre la base de controladores multicanal que proporcionan lectura o escritura en paralelo desde varios microprocesadores de memoria flash a la vez. Como resultado, el nivel de rendimiento ha aumentado tanto que el rendimiento de la interfaz SATA II se ha convertido en el factor limitante.

CÓMO FUNCIONA LA MEMORIA FLASH

Una unidad flash almacena datos en una serie de transistores de puerta flotante llamados celdas. En los dispositivos convencionales con celdas de un solo nivel, cualquiera de ellas puede "recordar" sólo un bit de datos. Pero algunos chips más nuevos con celdas multinivel (en inglés multi-level cell o triple-level cell) pueden “recordar” más de un bit. En este último caso, se puede utilizar una carga eléctrica diferente en la puerta flotante del transistor.

NI MEMORIA FLASH

Este tipo de memoria flash se basa en el algoritmo NOR, ya que en un transistor de puerta flotante, un voltaje de puerta demasiado bajo significa uno.
Este tipo de transistor consta de dos puertas: flotante y de control. La primera puerta está completamente aislada y tiene la capacidad de retener electrones hasta por diez años. La celda también consta de un drenaje y una fuente. Cuando se aplica tensión a la puerta de control, se genera un campo eléctrico y se produce el llamado efecto túnel. La mayoría de los electrones se transfieren (tunelizan) a través de la capa aislante y entran por la puerta flotante. La carga en la puerta flotante del transistor cambia el "ancho" de la fuente de drenaje y la conductividad del canal que se utiliza para la lectura.
Las celdas de escritura y lectura son muy diferentes en cuanto al consumo de energía: por ejemplo, las unidades flash consumen más corriente al escribir que al leer (consumiendo muy poca energía).
Para borrar (borrar) datos, se aplica un voltaje negativo suficientemente alto a la puerta de control, lo que produce el efecto contrario (los electrones de la puerta flotante se transfieren a la fuente mediante el efecto túnel).
En la arquitectura NOR, es necesario conectar un contacto a cada transistor, lo que aumenta considerablemente el tamaño del procesador. Este problema se soluciona utilizando la nueva arquitectura NAND.

MEMORIA FLASH NAND

La arquitectura NAND se basa en el algoritmo AND-NOT (en inglés NAND). El principio de funcionamiento es similar al del tipo NOR y sólo se diferencia en la ubicación de las celdas y sus contactos. Ya no es necesario conectar un contacto a cada celda de memoria, por lo que el coste y el tamaño del procesador NAND son significativamente menores. Gracias a esta arquitectura, grabar y borrar son notablemente más rápidos. Sin embargo, esta tecnología no permite el acceso a una región o celda arbitraria, como en NOR.
Para conseguir la máxima densidad y capacidad, una unidad flash fabricada con tecnología NAND utiliza elementos de dimensiones mínimas. Por lo tanto, a diferencia de una unidad NOR, se permite la presencia de celdas defectuosas (que están bloqueadas y no deben usarse en el futuro), lo que complica significativamente el trabajo con dicha memoria flash. Además, los segmentos de memoria en NAND están equipados con una función CRC para comprobar su integridad.
Actualmente, las arquitecturas NOR y NAND existen en paralelo y no compiten entre sí, ya que tienen diferentes áreas de aplicación. NOR se utiliza para el almacenamiento simple de datos pequeños, NAND se utiliza para almacenar datos grandes.

HISTORIA DE LAS UNIDADES FLASH

La memoria flash fue inventada por primera vez en 1984 por el ingeniero Fujio Masuoka, que entonces trabajaba para Toshiba. El nombre "flash" fue acuñado por el colega de Fujio, Shoji Ariizumi, porque el proceso de borrar datos de la memoria le recordaba a un flash fotográfico. Fujio presentó su desarrollo en la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos en San Francisco, California. Intel se interesó por este invento y cuatro años después, en 1988, lanzó el primer procesador flash comercial tipo NOR.
La arquitectura de memoria flash NAND fue anunciada un año después por Toshiba en 1989 en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido. El chip NAND tenía una velocidad de escritura más rápida y un área de circuito más pequeña.
A finales de 2010, los líderes en producción de unidades flash son Samsung (32% del mercado) y Toshiba (17% del mercado).
La estandarización de los procesadores de memoria flash NAND la lleva a cabo el grupo ONFI (NAND Flash Interface Working Group). Este estándar se considera la especificación ONFI 1.0, publicada el 28 de diciembre de 2006. La estandarización ONFI en la producción de procesadores NAND cuenta con el apoyo de empresas como Samsung, Toshiba, Intel, Hynix, etc.

CARACTERÍSTICAS DEL ALMACENAMIENTO FLASH

Actualmente, la capacidad de las unidades flash oscila entre kilobytes y cientos de gigabytes.

En 2005, dos empresas, Toshiba y SanDisk, introdujeron procesadores NAND de 1 GB que utilizan tecnología de celdas multinivel (un transistor puede almacenar múltiples bits de datos usando diferentes cargas eléctricas en una puerta flotante).

En septiembre de 2006, Samsung presentó un chip de 4 GB fabricado mediante una tecnología de proceso de 40 nm.

A finales de 2007, Samsung anunció la creación del primer chip NAND del mundo con tecnología de celdas multinivel, ya fabricado mediante una tecnología de proceso de 30 nm con una capacidad de almacenamiento de 8 GB.

En diciembre de 2009, Toshiba anunció que el chip NAND de 64 GB ya se estaba enviando a los clientes y que la producción en masa comenzó en el primer trimestre de 2010.

El 16 de junio de 2010, Toshiba presentó el primer procesador de 128 GB, que consta de dieciséis módulos de 8 GB.
Para aumentar la cantidad de memoria flash, los dispositivos suelen utilizar una matriz compleja que consta de varios procesadores.

En abril de 2011, Intel y Micron introdujeron un chip flash MLC NAND de 8 GB producido utilizando una tecnología de proceso de 20 nm. El primer procesador NAND de 20 nm tiene un área de 118 mm, que es entre un 35 y un 40 % más pequeño que los chips de 8 GB de 25 nm disponibles actualmente. La producción en serie de este chip comenzará a finales de 2011.

TIPOS Y TIPOS DE TARJETAS DE MEMORIA Y UNIDADES FLASH

FQ(en Inglés) Flash compacto): uno de los estándares de tipos de memoria más antiguos. La primera tarjeta flash CF fue producida por SanDisk Corporation en 1994. Este formato de memoria es muy común en nuestro tiempo. Se utiliza con mayor frecuencia en equipos fotográficos y de video profesionales, ya que debido a su gran tamaño (43x36x3,3 mm), la ranura Compact Flash es físicamente difícil de instalar en teléfonos móviles o reproductores de MP3. Además, ninguna tarjeta puede presumir de tanta velocidad, volumen y confiabilidad. La capacidad máxima de Compact Flash ya ha alcanzado los 128 GB y la velocidad de copia de datos se ha aumentado a 120 MB/s.

MMC(en Inglés) Tarjeta multimedia): una tarjeta en formato MMC es de tamaño pequeño: 24x32x1,4 mm. Desarrollado conjuntamente por SanDisk y Siemens. La MMC contiene un controlador de memoria y es altamente compatible con una amplia variedad de dispositivos. En la mayoría de los casos, las tarjetas MMC son compatibles con dispositivos con ranura SD.

RS-MMC(en Inglés) Tarjeta multimedia de tamaño reducido): una tarjeta de memoria que tiene la mitad de longitud que una tarjeta MMC estándar. Sus dimensiones son 24x18x1,4 mm y su peso es de unos 6 gramos. Todas las demás características y parámetros no difieren del MMC; Para garantizar la compatibilidad con el estándar MMC cuando se utilizan tarjetas RS-MMC, se requiere un adaptador.

DV-RS-MMC(en Inglés) Tarjeta multimedia de tamaño reducido y doble voltaje): Las tarjetas de memoria DV-RS-MMC con doble alimentación (1,8 y 3,3 V) tienen un menor consumo de energía, lo que permitirá que tu teléfono móvil funcione un poco más. Las dimensiones de la tarjeta son las mismas que las de RS-MMC, 24x18x1,4 mm.

MMCmicro: tarjeta de memoria en miniatura para dispositivos móviles con dimensiones 14x12x1,1 mm. Para garantizar la compatibilidad con una ranura MMC estándar, se debe utilizar un adaptador especial.

Tarjeta SD(en Inglés) Tarjeta Digital Segura): Compatible con SanDisk, Panasonic y Toshiba. El estándar SD es una evolución del estándar MMC. En cuanto a tamaño y características, las tarjetas SD son muy similares a las MMC, sólo que un poco más gruesas (32x24x2,1 mm). La principal diferencia con la MMC es la tecnología de protección de derechos de autor: la tarjeta tiene protección criptográfica contra copias no autorizadas, mayor protección de la información contra borrado o destrucción accidental y un interruptor mecánico de protección contra escritura. A pesar de la similitud de los estándares, las tarjetas SD no se pueden utilizar en dispositivos con ranura MMC.

SDHC(en Inglés) SD de alta capacidad, SD de alta capacidad): Las tarjetas SD antiguas (SD 1.0, SD 1.1) y las nuevas SDHC (SD 2.0) y sus lectores se diferencian por la limitación de la capacidad máxima de almacenamiento, 4 GB para SD y 32 GB para SDHC. Los lectores SDHC son compatibles con versiones anteriores de SD, lo que significa que una tarjeta SD se leerá sin problemas en un lector SDHC, pero una tarjeta SDHC no se leerá en absoluto en un dispositivo SD. Ambas opciones se pueden presentar en cualquiera de los tres formatos de tamaño físico (estándar, mini y micro).

miniSD(en Inglés) Mini tarjeta segura digital): Se diferencian de las tarjetas Secure Digital estándar por sus dimensiones más pequeñas: 21,5x20x1,4 mm. Para garantizar que la tarjeta funcione en dispositivos equipados con una ranura SD normal, se utiliza un adaptador.

microSD(en Inglés) Tarjeta Micro Segura Digital): en 2011 son los dispositivos de memoria flash extraíbles más compactos (11x15x1 mm). Se utilizan principalmente en teléfonos móviles, comunicadores, etc., ya que, debido a su tamaño compacto, pueden ampliar significativamente la memoria del dispositivo sin aumentar su tamaño. El interruptor de protección contra escritura se encuentra en el adaptador microSD-SD. La capacidad máxima de una tarjeta microSDHC lanzada por SanDisk en 2010 es de 32 GB.

Dúo de memoria USB: Este estándar de memoria fue desarrollado y respaldado por Sony. El caso es bastante duradero. De momento, esta es la memoria más cara de todas las presentadas. Memory Stick Duo se desarrolló sobre la base del estándar Memory Stick ampliamente utilizado del mismo Sony y se distingue por sus pequeñas dimensiones (20x31x1,6 mm).

Memoria USB Micro (M2): Este formato compite con el formato microSD (en tamaño), manteniendo las ventajas de las tarjetas de memoria Sony.

Tarjeta xD-Imagen: la tarjeta se utiliza en cámaras digitales de Olympus, Fujifilm y algunas otras.