En electrónica , una celda multinivel ( MLC ) es una celda de memoria capaz de almacenar más de un bit de información, en comparación con una celda de un solo nivel ( SLC ), que puede almacenar solo un bit por celda de memoria. Una celda de memoria generalmente consta de un único MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) de puerta flotante ; por lo tanto, las celdas de varios niveles reducen la cantidad de MOSFET necesarios para almacenar la misma cantidad de datos que las celdas de un solo nivel.
Las celdas de triple nivel ( TLC ) y las celdas de cuatro niveles ( QLC ) son versiones de la memoria MLC, que pueden almacenar tres y cuatro bits por celda respectivamente. El nombre " celda de varios niveles" se utiliza a veces específicamente para referirse a la " celda de dos niveles". En general, las memorias se denominan de la siguiente manera:
Tenga en cuenta que esta nomenclatura puede ser engañosa, ya que una " celda de n niveles" de hecho utiliza 2 n niveles de carga para almacenar n bits (ver más abajo).
Normalmente, a medida que aumenta el recuento de "niveles", el rendimiento (velocidad y confiabilidad) y el costo para el consumidor disminuyen; sin embargo, esta correlación puede variar entre fabricantes.
Ejemplos de memorias MLC son MLC NAND flash , MLC PCM ( memoria de cambio de fase ), etc. Por ejemplo, en la tecnología flash SLC NAND, cada celda puede existir en uno de los dos estados, almacenando un bit de información por celda. La mayoría de las memorias flash MLC NAND tienen cuatro estados posibles por celda, por lo que pueden almacenar dos bits de información por celda. Esto reduce la cantidad de margen que separa los estados y genera la posibilidad de que se produzcan más errores. Las celdas de varios niveles que están diseñadas para tasas de error bajas a veces se denominan MLC empresarial ( eMLC ).
Las nuevas tecnologías, como las células multinivel y el flash 3D, y el aumento de los volúmenes de producción seguirán haciendo bajar los precios. [2]
La memoria flash almacena datos en celdas de memoria individuales, que están hechas de transistores MOSFET de puerta flotante . Tradicionalmente, cada celda tenía dos estados posibles (cada uno con un nivel de voltaje), y cada estado representaba un uno o un cero, por lo que un bit de datos se almacenaba en cada celda en las llamadas celdas de un solo nivel , o memoria flash SLC. . La memoria SLC tiene la ventaja de velocidades de escritura más altas, menor consumo de energía y mayor resistencia celular. Sin embargo, debido a que la memoria SLC almacena menos datos por celda que la memoria MLC, su fabricación cuesta más por megabyte de almacenamiento. Debido a velocidades de transferencia más altas y una vida útil más larga esperada, la tecnología flash SLC se utiliza en tarjetas de memoria de alto rendimiento . En febrero de 2016, se publicó un estudio que mostró poca diferencia en la práctica entre la confiabilidad de SLC y MLC. [3]
Una memoria flash de celda de un solo nivel (SLC) puede tener una vida útil de aproximadamente 50 000 a 100 000 ciclos de programación/borrado. [4]
Una celda de un solo nivel representa un 1 cuando está casi vacía y un 0 cuando está casi llena. Existe una región de incertidumbre (un margen de lectura) entre los dos estados posibles en la que los datos almacenados en la celda no se pueden leer con precisión. [5]
El principal beneficio de la memoria flash MLC es su menor costo por unidad de almacenamiento debido a la mayor densidad de datos, y el software de lectura de memoria puede compensar una mayor tasa de error de bits . [6] La mayor tasa de error requiere un código de corrección de errores (ECC) que pueda corregir errores de múltiples bits; por ejemplo, el controlador flash SandForce SF-2500 puede corregir hasta 55 bits por sector de 512 bytes con una tasa de error de lectura irrecuperable de menos de un sector por cada 10 a 17 bits leídos. [7] El algoritmo más utilizado es Bose-Chaudhuri-Hocquenghem ( código BCH ). [8] Otros inconvenientes de MLC NAND son velocidades de escritura más bajas, menor número de ciclos de programación/borrado y mayor consumo de energía en comparación con la memoria flash SLC.
Las velocidades de lectura también pueden ser más bajas para MLC NAND que para SLC debido a la necesidad de leer los mismos datos en un segundo umbral de voltaje para ayudar a resolver errores. Es posible que los dispositivos TLC y QLC necesiten leer los mismos datos hasta 4 y 8 veces respectivamente para obtener valores corregibles por ECC. [9]
La memoria flash MLC puede tener una vida útil de aproximadamente 1.000 a 10.000 ciclos de programación/borrado. Por lo general, esto requiere el uso de un sistema de archivos flash , que está diseñado teniendo en cuenta las limitaciones de la memoria flash, como el uso de nivelación de desgaste para extender la vida útil del dispositivo flash.
El Intel 8087 utilizó tecnología de dos bits por celda para su microcódigo ROM , [10] y en 1980 fue uno de los primeros dispositivos del mercado en utilizar celdas ROM multinivel. [11] [12] Posteriormente, Intel demostró celdas multinivel (MLC) NOR flash de 2 bits en 1997. [13] NEC demostró celdas de cuatro niveles en 1996, con un chip de memoria flash de 64 Mbit que almacena 2 bits por celda. En 1997, NEC demostró un chip de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) con celdas de cuatro niveles, con una capacidad de 4 Gbit. STMicroelectronics también demostró celdas de cuatro niveles en 2000, con un chip de memoria flash NOR de 64 Mbit . [14]
MLC se utiliza para referirse a celdas que almacenan 2 bits por celda, utilizando 4 valores o niveles de carga. Un MLC de 2 bits tiene un único nivel de carga asignado a cada combinación posible de unos y ceros, de la siguiente manera: cuando está cerca del 25% de su capacidad, la celda representa un valor binario de 11; cuando está cerca del 50%, la celda representa un 01; cuando está cerca del 75%, la celda representa un 00; y cuando está cerca del 100%, la celda representa un 10. Una vez más, hay una región de incertidumbre (margen de lectura) entre los valores, en la que los datos almacenados en la celda no se pueden leer con precisión. [15] [5]
A partir de 2013, [actualizar]algunas unidades de estado sólido utilizan parte de una matriz MLC NAND como si fuera SLC NAND de un solo bit, lo que proporciona velocidades de escritura más altas. [16] [17] [18]
A partir de 2018, [actualizar]casi todos los MLC comerciales son de base plana (es decir, las células están construidas sobre una superficie de silicio) y, por lo tanto, están sujetas a limitaciones de escala. Para abordar este problema potencial, la industria ya está buscando tecnologías que puedan garantizar aumentos de la densidad de almacenamiento más allá de las limitaciones actuales. Uno de los más prometedores es 3D Flash, donde las células se apilan verticalmente, evitando así las limitaciones del escalado plano. [19]
En el pasado, algunos dispositivos de memoria tomaron la dirección contraria y utilizaron dos celdas por bit para ofrecer tasas de error de bits aún más bajas. [20]
Enterprise MLC (eMLC) es una variante más cara de MLC que está optimizada para uso comercial. Afirma que dura más y es más confiable que los MLC normales, al tiempo que ofrece ahorros de costos en comparación con las unidades SLC tradicionales. Aunque muchos fabricantes de SSD han producido unidades MLC destinadas a uso empresarial, sólo Micron vende chips NAND Flash sin formato con esta designación. [21]
Una celda de triple nivel ( TLC ) es un tipo de memoria flash NAND que almacena 3 bits de información por celda. Toshiba introdujo la memoria con celdas de triple nivel en 2009. [22]
Con la tecnología actual se puede lograr una vida útil máxima de hasta 3.000 ciclos de programación/borrado. [23]
Samsung anunció un tipo de flash NAND que almacena 3 bits de información por celda, con 8 estados de voltaje total (valores o niveles), acuñando el término "celda de triple nivel" ("TLC"). Samsung Electronics comenzó a producirlo en masa en 2010, [24] y se vio por primera vez en los SSD de la serie 840 de Samsung . [25] Samsung se refiere a esta tecnología como MLC de 3 bits. Los aspectos negativos de MLC se amplifican con TLC, pero TLC se beneficia de una densidad de almacenamiento aún mayor y un costo menor. [26]
En 2013, Samsung presentó V-NAND (Vertical NAND, también conocida como 3D NAND) con celdas de triple nivel, que tenía una capacidad de memoria de 128 Gbit . [27] Ampliaron su tecnología TLC V-NAND a 256 Gbit de memoria en 2015, [24] y 512 Gbit en 2017. [28]
_(MZ-77Q8T0BW)_20211008_SSD023_corr.png/1280px-Samsung_870_QVO_8TB_SATA_2,5_Zoll_Internes_Solid_State_Drive_(SSD)_(MZ-77Q8T0BW)_20211008_SSD023_corr.png)
La memoria que almacena 4 bits por celda se denomina comúnmente celda de cuatro niveles ( QLC ), siguiendo la convención establecida por TLC . Antes de su invención, el término "QLC" era sinónimo de MLC para referirse a celdas que pueden tener 4 estados de voltaje, es decir, aquellas que almacenan 2 bits por celda, lo que ahora se conoce inequívocamente como DLC. [ cita necesaria ]
Debido al número cada vez mayor de etapas de voltaje requeridas para un nivel de flash más alto, la vida útil de QLC se reduce aún más a un máximo de 1000 ciclos de programa/borrado. [23]
En 2009, Toshiba y SanDisk introdujeron chips de memoria flash NAND con celdas de cuatro niveles, que almacenan 4 bits por celda y tienen una capacidad de 64 Gbit. [22] [29]
Las tarjetas de memoria flash SanDisk X4, introducidas en 2009, fueron uno de los primeros productos basados en memoria NAND que almacena 4 bits por celda, comúnmente conocida como celda de cuatro niveles (QLC), utilizando 16 niveles de carga discretos (estados) en cada transistores individuales. Los chips QLC utilizados en estas tarjetas de memoria fueron fabricados por Toshiba, SanDisk y SK Hynix . [30] [31]
En 2017, Toshiba presentó chips de memoria V-NAND con celdas de cuatro niveles, que tienen una capacidad de almacenamiento de hasta 768 Gbit. [32] En 2018, ADATA , Intel , Micron y Samsung lanzaron algunos productos SSD que utilizan memoria QLC NAND. [33] [34] [35] [36]
En 2020, Samsung lanzó un SSD QLC con espacio de almacenamiento de hasta 8 TB para los clientes. Es el SSD SATA con mayor capacidad de almacenamiento para clientes finales a partir de 2020. [37] [38]