Así están los SSD y RAM y sus NAND Flash, ¿qué tecnología triunfará?

La implementación de la memoria NAND Flash como el método de almacenamiento estándar absoluto y que reemplace a los discos duros convencionales hace años que dura, se trata de una transición en la que diferentes especificaciones compiten entre si para llevarse el gato al agua en los diferentes mercados del hardware.

El motivo de ello es que no todas las tecnologías NAND Flash están pensadas para el mismo tipo de cliente y soluciones que nos pueden parecer poco adecuadas para un uso en concreto no lo son cuando estamos hablando de otros usos. Es por ello que es importante tener en cuenta este detalle, ya que el uso de un tipo de NAND Flash u otro viene marcado no solo por el coste, sino el tipo de dispositivo que se va a utilizar

Capacidad versus duración

NAND-Flash-QLC

Las memorias NAND Flash tienen una duración dependiendo del tipo de celda que se este utilizando para almacenar la memoria. Una memoria del tipo SLC va a utilizar una celda para almacenar un solo bit de memoria, pero eso implica que el coste del almacenamiento es muy alto. En cambio en el otro extremo tenemos la memoria QLC donde en cada celda se almacenan hasta 4 bits, lo que supone poder construir un dispositivo de almacenamiento con menos transistores, pero que dure mucho menos tiempo.

Los SLC pueden parecer inútiles para un usuario de pie, pero imaginad que tenéis que manejar una enorme base de datos, tan grande que no cabe en la memoria RAM y a la que continuamente hay que hacer cambios en su contenido. Para ello lo ideal es utilizar una memoria NAND Flash SLC, ya que el desgaste de las celdas será menor.

Las memoria del tipo TLC en adelante son las que se han popularizado en el ámbito doméstico, tienen un excelente equilibrio entre su precio y la capacidad de almacenamiento en comparación con los MLC y en especial los SLC. En un ordenador doméstico no se suelen hacer cambios en el contenido del disco duro o del SSD, ya que la mayoría de programas operan en la RAM y los cambios de escritura en el disco duro son mínimos.

eUFS y eMMC vs NVMe

Memoria UFS

Existen dos tipos de memorias NAND Flash, los eMMC que se suelen utilizar en dispositivos PostPC y los NVMe que se ven en los SSD de mayor calibre en el mundo del PC. En el caso de las memorias NAND Flash eUFS y eMMC estas se encuentran especialmente en el mercado de los dispositivos PostPC o llamados dispositivos inteligentes, su particularidad es que tienen muy bajo consumo ya que una de las cosas que más consume en un sistema es la transferencia de datos. Los eMMC y los eUFS tienen la particularidad de no necesitar un controlador flash, ya que lo llevan incorporado.

Los eMMC tienen velocidad de transferencia cercanas a las de un disco SATA y son más baratos de fabricar que un NVMe pero poco a poco son reemplazados por los eUFS de mayor velocidad de acceso. Lo que hace que se conviertan en los más populares ya que los fabricantes pueden montar un ordenador portátil de gama baja con este tipo de memoria flash, como un ultrabook o un Chromebook.

NVMe

La memoria NVMe en cambio es mucho más rápida, y esto lo consiguen haciendo uso de varios chips de memoria NAND Flash conectados al que llamamos controlador flash. El cual se encarga de manejar el acceso a los diferentes chips de memoria. Es la memoria utilizada en los discos SSD, tanto en formato de 2.5 pulgadas como en formato M.2.

A nivel de capacidad por poder utilizar más chips la memoria NVMe vence, pero en los últimos años hemos visto aparecer chips 3D NAND que tienen varios cientos de gigabytes de capacidad, especialmente en móviles y tablets de gama alta, no obstante solo aumentan en capacidad y no pueden competir con la alta velocidad de los NVMe.

El tipo de NAND Flash es crucial para el rendimiento

Guerra-nand-flash-china-2

Una vez hemos hecho un repaso a las diferencias entre los tipos de NAND Flash más utilizados está más que claro que será un punto crucial en el futuro, especialmente en ordenadores portátiles donde el alto consumo energético de los NVMe hace que sean descartados en muchos diseños que quieren mantener una cantidad de vatios bajo y una larga duración de la batería.

Por lo que vamos a ver una separación en los diferentes tipos de portátiles, ya que la implementación de una unidad SSD no solo implica el hecho de un mayor consumo energético, sino también la implementación de una mayor cantidad de chips por la necesidad del controlador y en algunos casos la unidad NVMe suele venir con DRAM adicional para aumentar la velocidad de acceso.

En estos momentos ya hay dos gamas de ordenadores portátiles, cada una con sus gamas de procesadores y memoria, pero también con sus gamas de memoria NAND Flash.

Memoria NAND Flash en las GPU

Radeon SSG

La implementación de DirectStorage le permite a las GPU no solo tener acceso a su VRAM, sino ir más allá y poder tener acceso a memoria NAND Flash, la cual por el nivel de exigencia en cuanto al ancho de banda ha de ser del tipo NVMe.

Aquí entramos en dos posibilidades, la primera de ellas es que se vendan GPUs con una unidad NVMe incorporada en su interior. Lo cual ya intento AMD con más pena que gloria con la gráfica que veis en la imagen, la cual es un prototipo que no se fabricó. Si se hicieran este tipo de tarjetas entonces habría que preguntarse si las harán con memoria NVMe y el controlador soldado a la placa o en su defecto con un slot de expansión para un disco M.2.

La segunda posibilidad es el hecho de usar el SSD del sistema situado en el puerto PCI Express, lo cual es lo mismo que ocurre en las consolas de nueva generación. Aquí lo importante será la cantidad de canales que soporte el controlador de la flash, ya que a cada componente del PC que quiera acceder simultáneamente puede tomar un canal.

Entonces, ¿qué tipo de NAND Flash vence?

QLC Intel Flash

Pues depende de la aplicación, lo que está claro es que las diferencias entre los tipos de memoria flash utilizadas vienen por un puto en concreto que es el consumo energético de la transferencia de datos. Lo ideal sería una memoria eUFS en cuanto a consumo energético con la velocidad de transferencia de una NVMe.

En todo caso no podemos olvidar que la gran mayoría del software en el mercado esta pensado para el uso de discos duros convencionales todavía. Los programadores han de tener en cuenta que la transferencia de datos a la hora de manipularlos desde el disco duro a la RAM esta en unos pocos cientos de megabytes por segundo.

Lo que si que tenemos claro es la adopción de configuraciones 3D NAND, lo cual no es sorprendente, desde el momento en que apilar más capas es un coste menor en muchos casos que utilizar nodos de fabricación más avanzados. Claro esta que esto es una simplificación, pero el concepto de una NAND Flash universal que sirva para todos los tipos de usos tendrá que esperar y ambos tipos evolucionarán en paralelo creando dos mercados distintos en cuanto a rendimiento.