Las NAND Flash 2D y 3D, ¿se pueden comparar en capacidad de Gigabytes?

Las NAND Flash 2D y 3D, ¿se pueden comparar en capacidad de Gigabytes?

Josep Roca

A la hora de comprar un SSD os habréis encontrado con expresiones como 3D NAND, V-NAND que nos indica el uso de memoria NAND Flash en tres dimensiones. ¿Qué diferencia la memoria 3D de la memoria 2D NAND? Os lo explicamos junto a la forma en la que tienen de escalar cada una y el motivo por el cual ambas comparten el mercado.

La memoria de almacenamiento más utilizada no son actualmente los discos duros sino lo que llamamos RAM no volátil, la cual tiene la particularidad de no perder los datos cuando se apagan. No obstante de un tiempo a esta parte hemos visto como se utilizan dos planteamientos distintos. Por un lado la memoria NAND Flash planar o 2D NAND y por el otro la 3D NAND. ¿Cómo se comparan a la hora de escalar en almacenamiento?

¿Qué es la memoria 3D NAND?

La memoria 3D NAND hace tiempo que se utiliza en varios chips de almacenamiento de memoria flash, este tipo de memoria no volátil se basa en apilar varios chips en vertical haciendo uso de vías a través de silicio que atraviesan toda la pila y permiten la comunicación de las diferentes capas con la interfaz.

El hecho de poder apilar en vertical los chips de memoria flash supone hacer crecer el almacenamiento no solo en las clásicas dos dimensiones o en matriz de todas las memorias sino también en tres dimensiones, permitiendo un aumento de la capacidad de almacenamiento que de otra forma sería solo posible utilizando nodos de fabricación más avanzados y por tanto hacen uso de transistores más pequeños.

Para hacer pasar las vías de silicio en vertical, los chips de memoria 3D NAND al contrario que los de NAND estándar tienen agujeros por toda la superficie del chip, los cuales atraviesan por completo las diferentes capas que chips de memoria flash que componen la pila.

Las células de memoria 3D NAND son diferentes a las 2D

3D NAND Cell

Una célula de memoria es la estructura en forma de transistores en la que almacenamos un bit de memoria en una RAM convencional o no volátil. En el caso de la 3D NAND su estructura es diferente a la NAND estándar, ya que esta tiene una estructura en forma de cilindro con un agujero en la parte central que es por donde pasa la vía de silicio.

Al contrario que la NAND en 2D, la cual aumenta la capacidad utilizando transistores más estrechos, la 3D NAND hace uso de procesos de fabricación menos avanzados. Esto tiene la ventaja que las fábricas de memoria flash no tienen que rehacerse con nueva maquinaria para fabricar con transistores más pequeños, sino que pueden escalar simplemente añadiendo más y más capas a la estructura, aumentando con ello la densidad de memoria por chip de memoria flash.

No obstante la cantidad de capas que tiene una pila de memoria 3D NAND es limitada y pese a que tiene ventajas en el coste del proceso de fabricación, también supone un sobrecoste en otros aspectos respecto a hacer crecer la capacidad de almacenamiento de la memoria flash.

¿Cómo se comparan en cuanto a almacenamiento?

3D NAND

Con todo esto llegamos a una pregunta clave: ¿Cómo se comparan en cuanto a evolución de su capacidad ambos tipos de memorias NAND Flash? El hecho que la memoria 2D NAND utilice nodos de fabricación más avanzados hace difícil una comparación directa entre ambos tipos de memoria en cuanto a capacidad de almacenamiento.

La memoria 3D NAND tiene una particularidad y es que no todos los chips de la pila son iguales, ya que a medida que la vía de silicio va atravesando las diferentes capas esta se vuelve más estrecha respecto a la anterior. Esto nos lleva a que dependiendo del tamaño del chip base el escalado será diferente y la pila cada vez tendrá un chip más pequeño.

2D vs 3D NAND

El gráfico de arriba de estas líneas nos indica el tamaño, en nanómetros, de los transistores de una memoria 2D NAND para tener una densidad equivalente a una memoria 3D NAND de 50 nm de una determinada cantidad de capas. El número va bajando por el hecho que eje vertical marca el tamaño de los transistores de la NAND en dos dimensiones, mientras que el eje horizontal marca la cantidad de capas de una memoria 3D NAND equivalente en cuanto a capacidad de almacenamiento.

Como se puede ver sería necesaria memoria 2D NAND utilizando transistores de 10 nm para tener un almacenamiento similar a una 3D NAND de 128 capas haciendo uso de transistores de 50 nm.