Estos son los factores de forma de un SSD: Guía para entender un SSD

 Según el tipo de celda de memoria

Según el tipo de celda de memoria, tenemos que diferenciar entre dos posibles formas de catalogar a las memorias flash de un SSD:

Según la tecnología

Podemos tener dos variantes fundamentales:

• NOR: es un tipo de memoria flash que aparecería durante los 90. Es barata de fabricar y se compone de celdas FGMOS o FGMOSFET, es decir, un tipo de transistores MOSFET de puerta flotante. Así es como pueden almacenar los datos 0 o 1 en estos transistores de forma no volátil. No obstante, no deja de tener inconvenientes, como tener un tiempo de acceso más lento, y es menos duradera, soportando en torno a 10.000 – 100.000 ciclos.

• NAND: es una tecnología que apareció después de la NOR, con algunas ventajas importantes, como el ser una memoria más rápida, se basa en la misma tecnología de fabricación de transistores de puerta flotante, aunque con algunas modificaciones, y puede ser más duradera, con entre 100.000 y 1.000.000 de ciclos soportados antes de fallar.

Subtipos de NAND

Dentro de la NAND se han ido desarrollando algunas evoluciones conforme ha ido avanzando el mercado de unidades SSD, y en este caso tenemos:

Tipos de celdas NAND 2D

• SLC (Single Level Cell): la primera generación de NAND flash en llegar, capaz de almacenar un solo bit por celda. Sin embargo, pese a esa desventaja, tiene un menor desgaste que otros tipos.

• MLC (Multi Level Cell): es más barata de fabricar que la anterior, y es capaz de almacenar hasta 2 bits por cada celda de forma simultánea, por lo que aumenta la densidad al doble. Sin embargo, su desgaste es mayor, reduciendo la fiabilidad.

• TLC (Triple Level Cell): el rendimiento de este tipo es bastante inferior a los anteriores, y su desgaste es superior. En cambio, la mayor ventaja es que puede almacenar hasta 3 bits por celda, lo que aumenta su densidad.

• QLC (Quad Level Cell): se trata de una evolución de la TLC, y permite almacenar hasta cuatro bits por celda. Con las nuevas generaciones y mejoras en los algoritmos, se logró que su desgaste fuera incluso menor que TLC.

• PLC (Penta Level Cell): actualmente se encuentra en fase de desarrollo, y la mayor diferencia con las anteriores es que puede almacenar hasta 5 bits por celda de memoria.

NAND 3D

En la última década, también se ha estado investigando sobre una de las mayores innovaciones del mercado de la memoria flash, y es pasar de hacer celdas 2D a las 3D, es decir, celdas de tres dimensiones. De esta forma, se pueden superar algunas limitaciones de la 2D, como su densidad inferior.

En el caso de una flash NAND 2D, las celdas se colocan de forma horizontal, una al lado de otra, por lo que ocupan mayor espacio en el chip de silicio. Si se hacen más pequeñas, también disminuiría su fiabilidad, por lo cual es un grave problema.

En cambio, en la flash NAND 3D, las celdas se apilan en vertical, ocupando menor espacio en el chip de silicio y aumentando la densidad de forma exponencial. Además, esto no influye en la fiabilidad y su consumo es inferior, por lo que es uno de los mayores avances.

Factor de forma de los SSD

Otra forma de catalogar a las unidades SSD es mediante su factor de forma, algo que muchos confunden con la interfaz, y se forman un gran lío con ello. Entre los factores de forma destacados tenemos:

2.5″

Este factor de forma del SSD, como su propio nombre indica, es básicamente como una unidad HDD tradicional, pero con un tamaño de 2.5″, es decir, como los HDD de los portátiles, que no son tan grandes como sus homónimos del PC que llegan a las 3.5″. Estas unidades han sido bastante comunes, y siempre usan cable SATA, aunque poco a poco se van sustituyendo por los nuevos factores de forma.

M.2

El siguiente factor de forma es el M.2, muy popular en la actualidad. Este factor de forma puede tener tanto una interfaz SATA como una interfaz PCIe. Además, puede presentarse en varios tamaños, como el 22110, 2280, 2260, 2242, 2230. Es decir, con un ancho de 22 mm y una longitud que varía según el modelo.

También hay que destacar que en la actualidad ya se comienza a hablar del nuevo formato M.3, una versión más moderna que tiene unas dimensiones algo superiores con el objetivo de integrar más chips de memoria flash para una mayor capacidad.

mSATA

Este factor de forma mSATA es otra forma similar al anterior, y frecuentemente confundida con M.2. También ha sido desplazado por los nuevos M.2, aunque no está de más conocerlo. Emplea tarjeta mini-SATA, basada en la interfaz SATA, solo que con un PCB más pequeño donde están los chips de memoria flash y el controlador.

U.2

En el caso de los equipos servidores y de alto rendimiento, también existen unas especificaciones especiales de factor de forma como son los U.2 o los nuevos U.3. En estos casos, se parecen bastante más a las unidades SSD 2.5″, pero un poco más gruesos, con mayores capacidades de almacenamiento, mayores temperaturas de funcionamiento toleradas y una carcasa que actúa de disipador.

Tarjetas de expansión

Por último, también podemos ver tarjetas de expansión que actúan como unidades de almacenamiento, como es el caso de Intel Optane, entre otros. Estas tarjetas de expansión no tienen aspecto de SSD, y van insertadas en una ranura PCIe de la placa base.

Según la interfaces del SSD

Ahora que hemos dejado atrás los factores de forma, que no hay que confundirlos con el tipo de interfaz, pasamos ahora a las interfaces, es decir, las tecnologías o protocolos empleados por estas unidades para la transferencia de datos:

SATA

Esta interfaz SATA (Serial Advanced Technology Attachment) surgió como sustituto de las PATA o Parallel ATA, también conocidas como IDE. Es más rápida que la IDE y sus cables son más compactos. En el caso de los SSD, puede servir para transferencias para los 2.5″, M.2 SATA, y también para los mSATA.

SATA I 1,5 Gb/s	SATA II 3 Gb/s	SATA III 6 Gb/s
Frecuencia	1500 MHz	3000 MHz	6000 MHz
Bits/clock	1	1	1
Codificación 8b10b	80%	80%	80%
bits/Byte	8	8	8
Velocidad real	187.5 MB/s	375 MB/s	750 MB/s

Los SSD, como han llegado recientemente, han pasado directamente a usar SATA 3, con velocidades de hasta 6 Gb/s o 750 MB/s. Una velocidad bastante buena para un HDD, pero que actúa de cuello de botella para los SSD más avanzados.

PCIe o PCI Express

También tenemos la interfaz PCIe o PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express). Un tipo de interfaz o ranura de alto rendimiento que también se puede presentar en varios formatos, aunque las unidades han venido usando desde las PCIe 3.0 hasta las PCIe 5.0 más recientes, y con 4x carriles en el caso de los M.2 y de algunas tarjetas de expansión:

Versión	Código en línea	Velocidad de transferencia	Por carril	En x1	En x4
1.0	8b/10b	2,5 GT/s	2 Gbit/s (250 MB/s)	250 MB/s	1 GB/s
2.0	8b/10b	5 GT/s	4 Gbit/s (500 MB/s)	500 MB/s	2 GB/s
3.0	128b/130b	8 GT/s	7,9 Gbit/s (984,6 MB/s)	985 MB/s	3,9 GB/s
4.0	128b/130b	16 GT/s	15,8 Gbit/s (1969,2 MB/s)	1,9 GB/s	7,8 GB/s
5.0	128b/130b	32 GT/s	31,6 Gbit/s (3938,4 MB/s)	3,9 GB/s	15,8 GB/s
6.0	242b/256b	64 GT/s	64 Gbit/s (7877 MB/s)	7,5 GB/s	30,2 GB/s

Según el controlador de memoria integrado

Por otro lado, también hay que diferenciar algo que muchos usuarios también confunden con las interfaces o con los factores de forma, y no tiene nada que ver. Me estoy refiriendo al tipo de chip controlador integrado en el SSD:

NVMe

NVMe (Non-Volatile Memory Express) es una especificación del controlador host que se integra en forma de chip en las unidades SSD modernas. Este tipo de controlador se basa en las interfaces PCIe, es decir, que todos los SSD NVMe usarán una interfaz PCIe.

AHCI

AHCI (Advanced Host Controller Interface) es un protocolo de almacenamiento que surgió para fabricar chips controladores para unidades de almacenamiento basadas en interfaces SATA, permitiendo así mejorar la compatibilidad debido a la alta diversidad de unidades.

Tiers del SSD

Por último, también hay que diferenciar los tipos de SSD según los niveles de rendimiento o Tier, aunque esto es cuestión quizás más interesante para centros de datos y HPC que para el consumidor:

Tier 1

Es un nivel de rendimiento o Tier que hace referencia a las unidades SSD SATA, con un límite de velocidad en la lectura y escritura secuencial de 550 MB/s.

Tier 2

El Tier 2, o nivel de rendimiento 2, se refiere a las unidades SSD NMVe, es decir, basadas en PCIe 3.0, con límites de velocidad de lectura y escritura de hasta 3.5 GB/s.

Tier 3

Por último, también tenemos el Tier 3, el siguiente nivel para referirse a las unidades SSD NVMe Gen 4. En este caso la velocidad de lectura y escritura secuencial límite está en alrededor de 7 GB/s.