3D NAND là gì? Từ NAND truyền thống đến 218-layer NAND?

Khi tìm hiểu về SSD, thẻ nhớ hoặc USB Flash, bạn có thể bắt gặp những thuật ngữ như 3D NAND, 3D TLC NAND, 3D QLC NAND hay 218-layer NAND. Đây không chỉ là những tên gọi mang tính kỹ thuật mà còn liên quan trực tiếp đến dung lượng, hiệu năng, độ bền và chi phí của thiết bị lưu trữ.

Vậy 3D NAND là gì, vì sao công nghệ này dần thay thế NAND phẳng truyền thống và việc nâng số lớp lên hàng trăm lớp mang lại lợi ích gì?

NAND Flash là gì?

NAND Flash là một loại bộ nhớ không mất dữ liệu khi thiết bị bị ngắt nguồn, khác với DRAM vốn cần nguồn điện liên tục để duy trì dữ liệu. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong SSD, USB Flash, thẻ nhớ và nhiều thiết bị lưu trữ khác.

Về cơ bản, NAND lưu trữ dữ liệu bằng cách thay đổi và nhận biết trạng thái điện tích bên trong các ô nhớ. Khi công nghệ phát triển, các nhà sản xuất tìm cách đưa ngày càng nhiều ô nhớ vào cùng một diện tích silicon.

Đây chính là bài toán dẫn đến sự chuyển đổi từ NAND phẳng 2D sang 3D NAND.

NAND truyền thống 2D hoạt động như thế nào?

Ở thế hệ NAND phẳng, hay 2D NAND, các ô nhớ chủ yếu được bố trí trên cùng một mặt phẳng của chip.

Khi muốn tăng dung lượng, nhà sản xuất có thể thu nhỏ kích thước ô nhớ và tăng số lượng ô trên mỗi đơn vị diện tích. Tuy nhiên, việc tiếp tục thu nhỏ đến một mức nhất định sẽ tạo ra nhiều thách thức về sản xuất, độ ổn định và khả năng kiểm soát điện tích.

Nói đơn giản, nếu chỉ tiếp tục “xếp thêm” các ô nhớ theo chiều ngang, không gian trên bề mặt chip sẽ dần trở thành giới hạn.

Giải pháp là tận dụng thêm chiều dọc.

Đó chính là nền tảng của 3D NAND.

3D NAND là gì?

3D NAND là kiến trúc bộ nhớ Flash trong đó các ô nhớ được xếp chồng theo chiều dọc thành nhiều lớp, thay vì chỉ bố trí trên một mặt phẳng như NAND 2D.

Hãy hình dung một tòa nhà.

Nếu chỉ xây nhà trên một mặt bằng, muốn chứa thêm người thì phải mở rộng diện tích. Nhưng nếu xây nhiều tầng, cùng một diện tích đất có thể chứa được nhiều người hơn.

3D NAND cũng sử dụng ý tưởng tương tự: xếp các ô nhớ thành nhiều tầng theo chiều dọc để tăng mật độ lưu trữ.

Theo Kingston, việc xếp chồng nhiều lớp ô nhớ giúp tăng dung lượng trong khi giảm diện tích cần thiết; kiến trúc này cũng có thể cải thiện hiệu năng và giảm chi phí trên mỗi byte so với NAND phẳng..

Vì sao số lớp NAND ngày càng tăng?

Khi đã chuyển sang kiến trúc 3D, bài toán tăng mật độ lưu trữ không còn chỉ phụ thuộc vào việc thu nhỏ kích thước ô nhớ. Một hướng quan trọng là tăng số lượng lớp được xếp chồng.

Các thế hệ 3D NAND đã phát triển từ vài chục lớp lên hàng trăm lớp. Số lớp càng cao, về nguyên tắc, nhà sản xuất có thể tích hợp nhiều ô nhớ hơn trên cùng một diện tích chip.

Tuy nhiên, nhiều lớp hơn không đồng nghĩa SSD chắc chắn nhanh hơn theo cùng một tỷ lệ.

Hiệu năng cuối cùng còn phụ thuộc vào nhiều thành phần khác như:

• Loại NAND sử dụng.
• Bộ điều khiển SSD.
• Giao tiếp SATA hay PCIe.
• Chuẩn NVMe.
• DRAM hoặc bộ nhớ đệm.
• Thiết kế firmware.
• Cấu hình kênh NAND.
• Công nghệ cache.
• Khả năng tản nhiệt.

Do đó, khi so sánh hai SSD, không nên chỉ nhìn vào số lớp NAND.

Từ 3D NAND đến 218-layer NAND

Một cột mốc đáng chú ý trong quá trình phát triển 3D NAND là việc nâng số lớp lên trên 200.

Năm 2026, Transcend công bố thế hệ giải pháp lưu trữ mới sử dụng 218-layer 3D NAND, hướng đến các ứng dụng như AIoT, điện toán biên, tự động hóa công nghiệp, trung tâm dữ liệu và hệ thống giám sát thông minh. Transcend cho biết dòng sản phẩm mới bao gồm SSD công nghiệp và thẻ nhớ sử dụng kiến trúc 218 lớp. 

Điều này cho thấy cuộc đua về mật độ NAND vẫn tiếp tục phát triển theo hướng xếp chồng ngày càng nhiều lớp.

Tuy nhiên, con số 218 lớp nên được hiểu là một thông số về kiến trúc bộ nhớ, không phải một chỉ số trực tiếp về tốc độ SSD.

Một SSD 218-layer không mặc nhiên nhanh hơn mọi SSD có số lớp thấp hơn. Hiệu năng thực tế vẫn phụ thuộc vào toàn bộ thiết kế của thiết bị.

3D NAND có liên quan gì đến TLC và QLC?

Đây là điểm rất dễ gây nhầm lẫn.

3D NAND và TLC/QLC không phải hai cách gọi thay thế cho nhau.

3D NAND mô tả cách các ô nhớ được bố trí trong không gian, còn TLC, QLC hay PLC mô tả số lượng bit được lưu trong mỗi ô nhớ.

Ví dụ:

• SLC: 1 bit/ô.
• MLC: 2 bit/ô.
• TLC: 3 bit/ô.
• QLC: 4 bit/ô.
• PLC: 5 bit/ô. 

Vì vậy, một sản phẩm có thể sử dụng 3D TLC NAND hoặc 3D QLC NAND.

Đây cũng là lý do bạn không nên xem “3D NAND” là một loại NAND duy nhất. Nó chủ yếu mô tả kiến trúc xếp lớp, trong khi TLC, QLC hay PLC mô tả mật độ dữ liệu trên mỗi cell.

3D NAND mang lại lợi ích gì cho SSD?

Tăng mật độ lưu trữ

Đây là lợi ích dễ nhận thấy nhất. Khi các cell được xếp theo chiều dọc, nhà sản xuất có thể tăng số lượng cell trên cùng một diện tích chip.

Điều này tạo điều kiện để phát triển SSD dung lượng lớn hơn mà không cần tăng kích thước vật lý tương ứng.

Tối ưu chi phí trên mỗi GB

Mật độ lưu trữ cao hơn có thể giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và chi phí trên mỗi đơn vị dung lượng.

Đây là một trong những yếu tố quan trọng giúp SSD dung lượng lớn ngày càng phổ biến.

Hỗ trợ cải thiện độ bền

3D NAND được phát triển để khắc phục một số giới hạn của NAND phẳng. Theo Kingston, kiến trúc 3D NAND có thể mang lại độ bền tốt hơn cùng mức tiêu thụ điện năng thấp hơn trong những thiết kế phù hợp. 

Tuy nhiên, độ bền thực tế của SSD vẫn phụ thuộc vào loại NAND, controller, firmware, dung lượng và thiết kế tổng thể.

Cho phép phát triển các thiết bị lưu trữ nhỏ gọn

SSD M.2 là một ví dụ điển hình. Một thiết bị có kích thước rất nhỏ vẫn có thể cung cấp dung lượng hàng trăm GB hoặc nhiều TB nhờ mật độ lưu trữ cao của NAND hiện đại.

Có nên chọn SSD chỉ vì sử dụng 3D NAND?

Không nên.

3D NAND là một yếu tố quan trọng nhưng không phải yếu tố duy nhất quyết định chất lượng SSD.

Khi lựa chọn SSD, bạn nên xem xét đồng thời:

Loại NAND → Controller → Giao tiếp → NVMe/SATA → Tốc độ đọc/ghi → IOPS → DRAM/Cache → TBW → Bảo hành → Nhu cầu sử dụng.

Chẳng hạn, một SSD NVMe PCIe sử dụng 3D NAND có thể hướng đến hiệu năng rất khác một SSD SATA 2.5 inch cũng sử dụng 3D NAND.

3D NAND sẽ tiếp tục phát triển như thế nào?

Xu hướng phát triển của NAND hiện nay không đơn giản là “càng nhiều lớp càng tốt”. Các nhà sản xuất phải đồng thời giải quyết nhiều vấn đề về mật độ, tốc độ, điện năng, độ bền, chi phí sản xuất và độ tin cậy.

Sự xuất hiện của các sản phẩm sử dụng 218-layer 3D NAND cho thấy kiến trúc xếp chồng đang tiếp tục tiến về những mật độ cao hơn.

Trong tương lai, người dùng có thể tiếp tục thấy các SSD dung lượng lớn hơn, kích thước nhỏ hơn và hiệu năng cao hơn. Nhưng để đánh giá chính xác một SSD, cần nhìn vào toàn bộ nền tảng lưu trữ, thay vì chỉ dựa trên số lớp NAND.

Kết luận

3D NAND là bước tiến quan trọng từ NAND phẳng sang kiến trúc bộ nhớ xếp chồng theo chiều dọc. Bằng cách tận dụng không gian theo chiều cao, công nghệ này giúp tăng mật độ lưu trữ và tạo nền tảng cho SSD dung lượng lớn trong kích thước nhỏ gọn.

Từ những thế hệ 3D NAND ban đầu đến các kiến trúc trên 200 lớp như 218-layer NAND, công nghệ Flash đang tiếp tục được tối ưu để đáp ứng nhu cầu lưu trữ ngày càng lớn từ máy tính cá nhân, trung tâm dữ liệu, AI và các hệ thống công nghiệp.

Quan trọng nhất, số lớp NAND chỉ là một phần của bức tranh. Để hiểu hiệu năng SSD thực tế, người dùng cần xem xét thêm TLC/QLC, NVMe, PCIe, DRAM Cache và IOPS.

Tin mới nhất