Cum funcționează unitățile în stare solidă

Come funzionano le unità a stato solido

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Le unità a stato solido, o SSD, sono ora dispositivi di archiviazione comuni. Ma aumentare la popolarità raramente significa aumentare la comprensione. Se non sei abbastanza sicuro di come funzioni un SSD, non sei il solo. Qui spieghiamo come funziona effettivamente la memoria flash, nota anche come memoria NAND, cosa significano i diversi “livelli” di NAND e come ottenere un buon affare su un SSD oggi.

Cos’è la memoria NAND?

I processori e la memoria del computer sono costruiti da porte logiche. Queste sono le manifestazioni fisiche della capacità del computer di elaborare 1 e 0. Sulla base dei loro input, forniscono determinati output. Diversi tipi di porte elaborano gli input in modo diverso. In termini molto generali, l’attenta combinazione di queste porte consente a un computer di fare di tutto, dall’aggiunta di due numeri al riconoscimento delle fotografie.

La memoria SSD è costruita da porte NAND, che sono un tipo di porta logica. NAND sta per “not AND” ed è l’inverso della comune porta logica “AND”.

Come può una porta logica memorizzare le informazioni?

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Le porte NAND hanno una proprietà speciale che non è condivisa dalla maggior parte dei tipi di porte logiche. I gate NAND possono essere utilizzati per creare quello che viene chiamato un gate flip-flop. Questo è un circuito costituito da due porte NAND cablate insieme in un modo molto specifico. Come visto sopra, l’uscita di ogni porta NAND è collegata all’ingresso del suo partner.

Questo cablaggio consente la memorizzazione di 1 e 0 nel tempo e senza alimentazione. Quindi, con il cablaggio appropriato, i gate NAND possono creare memoria del computer per un bit. Metti insieme un gruppo di porte NAND e puoi memorizzare un mucchio di bit. Ed è questo che rende la memoria flash e, alla fine, un SSD.

Che cosa sono SLC, MLC, TLC e QLC?

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L’archiviazione flash è basata su celle, che memorizzano i bit. Il mezzo di archiviazione più semplice è una “cella a livello singolo” o SLC. Queste celle possono essere impostate su 0 o 1 per indicare l’attivazione e la disattivazione. Queste celle sono veloci e durevoli, ma non forniscono molto spazio di archiviazione. Dobbiamo memorizzare più di un bit per cella per aumentarlo.

È qui che entrano in gioco le celle multilivello, o MLC. Queste celle memorizzano due bit di informazioni in un transistor utilizzando quattro livelli di carica. Ad esempio, potrebbero utilizzare 0v, 1v, 2v e 3v per rappresentare 00, 01, 10 e 11 in binario. Queste celle contengono più dati ma richiedono anche tecniche più precise per l’archiviazione e il recupero.

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Gli SSD più recenti sono costruiti su celle a tre livelli, o TLC, che consente a ciascuna cella di memorizzare tre bit. Ciò richiede una fabbricazione ancora più precisa, aumentando i costi e la capacità a scapito della velocità e dell’affidabilità.

Il passaggio successivo sono le celle a livello quadruplo o QLC. Sebbene Intel e Micron abbiano sviluppato un processo per questo, è probabile che non assisteremo ancora ad un’adozione di massa per anni.

Cos’è la 3D NAND?

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I primi SSD erano fabbricati come processori per computer. Sono stati creati su un piano bidimensionale e la capacità e la velocità sono state aumentate riducendo i transistor che componevano il dado. Più transistor puoi inserire su un dado, più dati puoi memorizzare. Ma a differenza dei transistor CPU, i transistor SSD non possono scendere molto al di sotto di 15 nm. Questo perché, a quel livello, gli elettroni possono iniziare a fuoriuscire nei transistor vicini, corrompendo i dati.

Per aggirare questa limitazione, i produttori hanno creato 3D NAND. Qui, anche i transistor sono impilati uno sopra l’altro. Questo processo tridimensionale, a volte chiamato V-NAND, consente a un massimo di sessantaquattro strati di transistor di occupare un singolo die. Ciò aumenta le possibilità di archiviazione di un ordine di grandezza.

Il compromesso è che la 3D NAND richiede tecniche di fabbricazione estremamente precise per creare le colonne iperprecise dei transistor. Ciò è particolarmente importante per SSD di tipo MLC, TLC e QLC, che richiedono già una fabbricazione altamente precisa per funzionare correttamente. Ma ciò non le ha impedito di conquistare il mercato moderno.

Come tutto si riunisce

Molti produttori stanno producendo unità NAND 3D TLC, ma c’è ancora uno stock significativo di unità MLC che sono veloci, moderatamente grandi e improvvisamente molto economiche. Se stai cercando di fare un affare, ora è il momento di acquistare. È una tecnologia leggermente più vecchia, ma la differenza principale sarà nelle dimensioni di archiviazione piuttosto che nelle prestazioni. Se c’è un affare su un’unità NAND 3D MLC abbastanza grande per te, non esitare a lanciarti.

Come in tutte le cose elettroniche, una storia di affidabilità del produttore è estremamente importante. Le unità economiche senza nome potrebbero essere realizzate su nodi di processo più vecchi o con tolleranze più larghe. Possono anche provenire dagli avanzi di fabbricanti più esigenti, vendendoti gli avanzi appena funzionali. Né sono una ricetta per il successo a lungo termine.

La prossima grande rivoluzione nella tecnologia SSD arriverà con una capacità notevolmente maggiore a livelli di potenza uguali o simili. Possiamo aspettarci di vederli implementare nel corso dei prossimi anni, man mano che le fonderie acquisiscono esperienza con le tecniche necessarie per la progettazione del nuovo processo.

Credito immagine: flashdba, Cactus Tech

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