SSD TLC vs. QLC: comparación de unidades de estado sólido

En el mundo de las soluciones de almacenamiento de datos, las unidades de estado sólido (SSD) creadas a partir de memoria flash 3D NAND han supuesto un cambio radical. Aunque la primera oleada de SSD era prohibitivamente cara para el almacenamiento a escala, en comparación con las unidades de disco duro tradicionales (HDD), las SSD modernas son más rápidas, duraderas y fiables.

En el corazón de todas las SSD se encuentran las celdas de memoria flash. Las SSD modernas se benefician de la tecnología 3D NAND flash para apilar varias capas de celdas de memoria verticalmente.

En comparación con la antigua NAND 2D, que organiza las celdas de memoria en una matriz plana, el apilamiento vertical de celdas flash mejora la densidad de almacenamiento de datos, la capacidad y el coste total por bit de datos. En pocas palabras, 3D NAND puede almacenar más bits de datos, mejor.

Ahora capaces de almacenar terabytes de datos con velocidades de escritura, resistencia y rendimiento mejorados, las SSD son la solución ideal para casos de uso de almacenamiento más grandes, desde configuraciones de edición de vídeo de alta gama hasta centros de datos profesionales.

Pero no todas las SDD son iguales. Clasificadas en función de su densidad de memoria flash NAND, las SSD que utilizan solo flash NAND 2D se conocen como unidades SLC (celda de un solo nivel). Las innovaciones posteriores introdujeron 3D NAND, lo que permite unidades MLC (celda multinivel), TLC (celda de triple nivel) y QLC (celda de cuatro niveles) que ofrecen un mejor rendimiento a costes por bit cada vez más bajos, dependiendo de la situación. 

Aunque tanto las unidades QLC como las TLC son más lentas que sus homólogas de menor densidad de celdas, fabricantes como Intel y Samsung ofrecen un rendimiento optimizado mediante técnicas como DRAM o almacenamiento en caché SLC.

En un nivel básico, las unidades de estado sólido (SSD) son un tipo de hardware de almacenamiento que utiliza almacenamiento flash para almacenar datos. Las SSD suelen utilizar un tipo de flash llamado flash NAND, que almacena datos mediante una disposición de transistores de puerta flotante que funcionan de manera similar a las puertas lógicas NOT AND. Esta combinación es de donde proviene el nombre NAND flash.

Cada celda NAND contiene una puerta lógica de control y una puerta lógica flotante, separadas por una fina capa de óxido. A través de un proceso conocido como túnel Fowler-Nordheim, la memoria flash puede almacenar datos binarios mediante el uso de una carga eléctrica. La carga se envía a un voltaje que atrapa electrones en la puerta flotante (que representa un valor binario de 1) o los elimina (que representa un valor binario de 0).

Las NOR flash son celdas flash que utilizan una estructura de celdas similar a las puertas lógicas NI O, y se utilizan normalmente para archivos pequeños como datos de arranque.

La memoria flash NAND es preferible para el almacenamiento general principalmente por las siguientes características:

• No volátil: la memoria flash NAND puede retener datos de manera precisa y fiable sin una fuente de alimentación constante. 

• Basada en bloques: la memoria flash NAND utiliza grandes bloques de información para leer y escribir datos. El uso de bloques ofrece un mejor rendimiento en comparación con un enfoque de bloque a bloque. 

• Eficiente a escala: la estructura basada en bloques de NAND flash es particularmente capaz de realizar tareas de computación secuencial y se beneficia de una mayor eficiencia y capacidad de datos en comparación con NOR flash u otros tipos de almacenamiento. 

• Duradera: la memoria flash NAND es mucho más duradera en comparación con los dispositivos de almacenamiento físico, como los disquetes o los discos duros, que requieren piezas móviles que pueden romperse.

Las primeras SSD se diseñaron para ser compatibles con la interfaz de almacenamiento de memoria SATA (ATA serie), una interfaz heredada de la antigua tecnología HDD. Sin embargo, la mayoría de las SDD modernas se benefician del nuevo protocolo de memoria no volátil exprés (NVMe) para aprovechar la interconexión de componentes periféricos de alta velocidad (PCI) o la interfaz PCI exprés (PCIe) y lograr un mejor rendimiento.

Aproximadamente 20 veces más rápidas que las SSD SATA, las SSD NVMe pueden alcanzar velocidades de transferencia de datos de 3500 MB a 14 000 MB por segundo. Además de un mayor rendimiento, las unidades NVMe pueden realizar miles de colas de comandos simultáneas y también superan constantemente a las unidades SATA en las pruebas de latencia.

Por estas razones, las SSD NVMe se han convertido rápidamente en un estándar del sector para la electrónica de consumo y las aplicaciones profesionales de alto rendimiento.

En última instancia, la evaluación del valor de las unidades TLC frente a las unidades QLC puede reducirse a una comparación entre rendimiento y durabilidad o capacidad de almacenamiento y rentabilidad.

En general, las SSD TLC son preferibles en situaciones en las que el rendimiento constante, la fiabilidad y la durabilidad son factores decisivos. Se puede confiar en las SSD de TLC para escribir y recuperar datos de manera fiable una y otra vez. Con frecuencia se eligen para cargas de trabajo profesionales y creación de contenido. 

Por el contrario, las SSD QLC son las preferidas para el almacenamiento de alta capacidad y bajo coste y el almacenamiento de datos de lectura intensiva. Se confía en estos tipos de SSD para almacenar datos a largo plazo a los que se puede acceder con frecuencia. Sin embargo, en situaciones que exigen mayores ciclos de escritura, en las que es posible que los datos deban escribirse y reescribirse en lugar de simplemente leerse, las SSD TLC pueden ser preferibles para una mejor resistencia a la escritura durante una vida útil más larga. 

En términos de resistencia, las SSD reciben una clasificación de TBW (terabytes escritos) para indicar la cantidad de datos que se pueden escribir en una unidad antes de su desgaste. La clasificación muestra cuándo el deterioro del hardware físico podría empezar a afectar negativamente al rendimiento y a las operaciones. Al sufrir un mayor desgaste por la mayor cantidad de datos almacenados en cada celda, las unidades QLC suelen tener clasificaciones TWB más bajas en comparación con las unidades TLC.

Cabe mencionar que las unidades TLC tienen actualmente una ventaja sobre las QLC en términos de durabilidad. Para contrarrestar cualquier desventaja relacionada con los problemas de menor resistencia comunes a las unidades QLC, las mejoras en los algoritmos de corrección de errores están cerrando la brecha entre estos tipos de unidades flash NAND.

A simple vista, las diferencias entre las unidades QLC y las unidades TLC se pueden resumir en función de la arquitectura, la vida útil, el rendimiento y los casos de uso.

• Arquitectura de almacenamiento: utiliza memoria flash TLC NAND que contiene 3 bits de datos por celda de memoria.

• Rendimiento: aunque más cara que QLC, TLC ofrece un buen equilibrio entre capacidad, precio y velocidades de escritura y lectura. Por lo general, son más duraderas y versátiles y están optimizadas para operaciones frecuentes de lectura y escritura y tareas de escritura más intensiva.

• Casos de uso: los casos de uso incluyen tareas exigentes como juegos, renderizado 3D y otros tipos de creación de contenido. 

• Vida útil: las unidades TLC suelen tener una vida útil de entre 1000 y 3000 ciclos de escritura.

• Arquitectura de almacenamiento: utiliza memoria flash QLC NAND que contiene 4 bits de datos por celda de memoria.

• Rendimiento: ofrece mayor capacidad de almacenamiento a precios más bajos. El aumento de la capacidad conlleva algunas desventajas en cuanto al rendimiento y la longevidad. Las unidades QLC suelen ofrecer un mejor rendimiento general de lectura que de escritura. Son muy adecuadas para el almacenamiento de archivos de datos a los que es posible que sea necesario hacer referencia, pero que no se editan o borran y reescriben con frecuencia.

• Casos de uso: ideal para tareas más ligeras que pueden requerir más operaciones de lectura que de escritura, como almacenar archivos grandes o copias de seguridad a largo plazo. Ideal para tareas que pueden tener beneficio de un almacenamiento más barato y de mayor capacidad que puede tolerar una velocidad reducida, como el almacenamiento de medios, el almacenamiento diario ligero o las copias de seguridad del ordenador. 

• Vida útil: las unidades QLC suelen tener una vida útil más baja, de unos 1000 ciclos de escritura, en comparación con las unidades TLC, ya que una mayor capacidad de datos desgasta más rápidamente las celdas de memoria.