¿Cuál es la tarjeta de memoria flash industrial correcta para uso a largo plazo?

Cada ingeniero tiene un suministro abundante de tarjetas microSD a mano. Las mías estaban esparcidas en mi escritorio en varios lugares convenientes. Cuando necesitaba una tarjeta microSD para un teléfono, una tableta o una computadora de placa única (SBC), aparecía alguna tarjeta misteriosamente, como Batman. Mi sistema funcionó bien hasta el “Gran incidente de la aspiradora de escritorio de 2019” cuando una microSD de 16 gigabytes (Gbyte) con una distribución Linux experimental desapareció de repente. No estaba en la bolsa de la aspiradora, por lo que supongo que ahora está en esa dimensión desconocida de espacio-tiempo, donde desaparecen los tornillos y los rollos de cinta aislante no reemplazables.

Por supuesto, esto me llevó a poner todas mis tarjetas microSD en un solo lugar y, claro, como soy ingeniero, clasifiqué y categoricé mis tarjetas de memoria flash. Aunque inicialmente estuve tentado de organizarlas por tamaño de memoria, mientras revisaba mi colección desordenada, opté por una estrategia diferente.

En lugar del tamaño, vi cuáles tarjetas microSD me habían sido útiles y cuáles no debido a la degradación de datos. Comencé a investigar las tarjetas y, cuando revisé las calificaciones de las tarjetas de memoria flash, encontré mucha información errónea en Internet. Mis sospechas surgieron cuando vi que las tarjetas microSD que tenía y que habían sufrido degradación de datos, con frecuencia, eran las más rápidas y tenían la calificación más alta en Internet de los revisores “imparciales”. De modo que, como cualquier buen ingeniero, hice mi propia investigación y descubrí que con las tarjetas de memoria flash microSD, como en la vida, lo que no se dice es mucho más importante que lo que es.

Aspectos básicos de los tipos de memoria flash

Para entender la memoria flash, debemos analizar la estructura del semiconductor de la celda de memoria. La memoria flash de celda de nivel único (SLC) es de un bit por celda (Figura 1). La memoria flash de celda de varios niveles (MLC) se refiere a varios bits por celda, lo cual en realidad se traduce en dos bits por celda. Considero que esto es una falla de marketing que tiene consecuencias a las que llegaré más adelante. La memoria flash de celda de nivel triple (TLC) tiene tres bits por celda y la de celda de nivel cuádruple (QLC) tiene cuatro bits por celda.

Figura 1: Los tipos de memoria flash se distinguen por la cantidad de bits por celda, con consecuencias para cada uno a medida que la cantidad de bits aumenta de SLC a QLC. (Fuente de la imagen: Micron Technology)

Cuantos más bits pueda comprimir una matriz de memoria flash en una celda, más pequeña será la matriz de memoria flash y menos costoso será el dispositivo de memoria. Sin embargo, esta reducción de tamaño tiene un precio. Cuanto menor sea el almacenamiento de bits de memoria, menos ciclos de programa/borrado (P/E) podrá soportar la celda de memoria flash, lo que la hace susceptible a fallas. Al colocar varios bits por celda y tratarlos con un controlador de memoria flash y en caché, se pueden lograr velocidades muy altas, pero la matriz de memoria también consume más corriente para las operaciones de lectura y escritura. Esto se convirtió en algo importante cuando me di cuenta de que todas las tarjetas microSD de SLC y de MLC verdadera nunca me dieron ningún problema.

Uso el término MLC “verdadera” dado que, técnicamente, esta designación de dos bits por celda se refiere a varios bits. A algunos de los fabricantes menos respetables de productos de memoria flash (no vendidos por distribuidores autorizados de electrónica) les gusta catalogar a sus productos de TLC y QLC como MLC usando la lógica: “Eh, es de varios bits, ¿no?”.

De lo que no se habla mucho en cuanto a las tarjetas de memoria flash microSD es de su consumo de energía. Los fabricantes de tarjetas de memoria flash para consumidores pocas veces publican el consumo de energía de sus dispositivos. Así que, al usar tarjetas de memoria flash para trabajos serios, asegúrese de verificar este parámetro. Hice algunos trabajos de investigación, pero descubrí que todas las tarjetas microSD que tenía y que habían sufrido degradación de datos estaban en la categoría más alta del rango de consumo de energía, y esto incluía a algunas de las tarjetas más rápidas.

De modo que, si usted usa una tarjeta de memoria flash en una computadora de placa única (SBC), como una Raspberry Pi 3 Modelo A+ (Figura 2), es posible que quiera destacar el bajo consumo de energía en su lista de atributos deseados si la placa operará sin supervisión en una ubicación remota; no será posible realizar las revisiones regulares de mantenimiento para examinar el comportamiento de la tarjeta de memoria flash. Es posible que la tarjeta más rápida o de densidad más alta no sea la solución más confiable a largo plazo.

Figura 2: Al seleccionar una tarjeta microSD para una SBC como la Raspberry Pi 3 Modelo A+, debe revisar si hay bajo consumo de energía, ya que se relaciona con mayor confiabilidad. (Fuente de la imagen: Raspberry Pi)

Un ejemplo de una tarjeta de memoria flash confiable para uso industrial es la tarjeta microSD de Delkin Devices S304TLNJM-U1000-3 de 4 Gbyte (Figura 3). Esta es una tarjeta de memoria flash de SLC con un rango de temperatura de funcionamiento de -40 ºC a +85 ºC, la cual es adecuada para los entornos industriales hostiles. Aunque es común que las tarjetas microSD especifiquen una conservación de datos de tres o incluso cinco años, esta tarjeta de memoria flash de SLC de 4 Gbyte es válida para 10 años de conservación de datos, muy alta para una tarjeta microSD.

Figura 3: La S304TLNJM-U1000-3 es una tarjeta de memoria flash microSD de SLC de 4 Gbyte de clase industrial con un consumo de energía excepcionalmente bajo y una alta conservación de datos de 10 años. (Fuente de la imagen: Delkin Devices)

El consumo de energía de la tarjeta S304TLNJM-U1000-3 es excepcionalmente bajo. El consumo de corriente para lectura se especifica en < 50 miliamperios (mA) (normal), que es mucho más baja que la corriente para lectura de la mayoría de las tarjetas para consumidores. La corriente para escritura se especifica en < 100 mA (normal), que también es mucho más baja que las tarjetas para consumidores. La corriente para escritura es importante en los nodos de la Internet de las cosas (IoT) alimentados por batería que posiblemente deban actualizar la memoria flash integrada. La corriente de inactividad es de < 0.500 mA (normal), que es fundamental en los nodos de IoT alimentados por batería ya que, en algunas aplicaciones, una tarjeta microSD puede pasar mucho más tiempo en modo de inactividad en lugar de estar en uso.

Todo esto contribuye a una calificación muy alta de resistencia de 60,000 ciclos de P/E. Es difícil comparar estas cifras con las tarjetas de memoria flash competidoras, ya que muchos fabricantes no especifican ni divulgan estas cifras al público y, si lo hacen, deben leerse las condiciones detenidamente. Por ejemplo, 50 años de conservación de datos de otra tarjeta suena bien hasta que uno se da cuenta de que esto sucede si la tarjeta nunca se vuelve a escribir en el rango de conservación. Delkin Devices es muy específico: establece que la conservación de datos de 10 años de su S304TLNJM-U1000-3 sucede si se utiliza el 10 % de los 60,000 ciclos de P/E especificados.

Conclusión

Claramente, no todas las tarjetas microSD son iguales, por lo que debe elegir con cuidado, en especial, para los sistemas insertados que podrían operar sin supervisión durante varios años, con pocas probabilidades de revisión de mantenimiento de la conservación de memoria. La memoria de SLC tiene muchas ventajas en estas aplicaciones particulares.

Las especificaciones me recuerdan un sabio dicho de The Worker’s Dilemma (El dilema del trabajador), que indica lo siguiente: “Lo que usted no hace o dice siempre es más importante de que lo realmente hace o dice”.