Wechselbarer NAND-Speicher Ausfallsicherheit und Risiko in der Industrie minimieren

Autor / Redakteur: Samina Subedar * / Holger Heller

Wechselbarer NAND-Flash findet breiten Einsatz im Industrie- und Consumermarkt. Dabei ist Ausfallsicherheit gefordert und Maßnahmen zur Risikominimierung müssen ergriffen werden.

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SD-Speicherkarten und SSDs (Solid State Drives) gelten als zuverlässige und leistungsstarke NAND-Speicher für Medizintechnik, Automotive-Anwendungen, Logistik, Transportwesen und Telekommunikation. Hier kommt es auf lange Haltbarkeit und Datenintegrität unter widrigen Umständen an.

Viele SD-Speicherkarten finden in der Consumerelektronik, im Mobil- und im Digitalkamerabereich Verwendung. Produkte welche im Einzelhandel vertrieben werden beinhalten meist MLC/TLC-Technologie mit geringerer Ausfallsicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Entscheidende Faktoren für den Einzelhandel sind dabei Kosten, Warenumschlag und Volumen. In diesem Bereich spielen Strategien zur Verwaltung von Produkten und Versorgungsketten im Hinblick auf Stücklistenkontrolle / Langlebigkeitsplanung und die Grundanforderungen an Industrieanwendungen höchstens eine untergeordnete Rolle.

Bei industriellen Anwendungen hingegen sind ein erweiterter Betriebstemperaturbereich, Stücklistenkontrolle, Beständigkeit und Lebensdauer entscheidende sowie notwendige Eigenschaften. Weiterhin entscheidend ist eine erhöhte Lebensdauer, Qualität und längere Übergangszeiten zwischen Die-Revisionen bei den SLC-NAND-Speichern.

Maßnahmen zur Risikominimierung in der Versorgungskette

Seit Kurzem wurden spezielle MLC-Produkte (eMLC) eingeführt mit dem Fokus auf erhöhte Beständigkeit in Industrieanwendungen. Allerdings können diese eMLC-Produkte nur den im Verbrauchermarkt üblichen Temperaturen (0 bis 70 C) standhalten und sind nicht den hohen Temperaturanforderungen der Industriekunden gewachsen (-40 bis 85 °C).

Kontrollierte Stückliste, Veränderungen der Strukturgröße

Mehrere Faktoren müssen überprüft werden, um die Risiken innerhalb der Versorgungskette zu minimieren. Zum einen zählt die Festsetzung der Stückliste und deren Kontrolle bei Industrieanwendungen eine wichtige Rolle. Die Stücklistenkontrolle stellt sicher, dass die gleiche Controller-Firmware bei gleichem Firmware-Stand zum Einsatz kommt. Eine Abweichung der Firmware ändert gegebenenfalls die internen Controller- Operationen des NAND-Flash-Managements und gefährdet damit unter Umständen die Zuverlässigkeit für die Kundenanwendung.

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Einsatzkritische Anwendungen

Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung im Design, der Herstellung und dem Support von Speicher-Produkten, setzt ATP auf unternehmenskritische Anwendungen für Industrie, Telekommunikation, Medizin und Enterprise Computing, die hohe Anforderungen an Speicherprodukte, deren Zuverlässigkeit, sowie den technischen Support stellen. ATP hat die Herausforderungen und Risiken in Verbindung mit wechselbaren NAND-Flash-Produkten im Industrieeinsatz erkannt und konzentriert sich auf diese einsatzkritischen Anwendungen. Hinsichtlich dieser Risiken wendet ATP auf Basis des jeweiligen Anwendungsmodells Strategien zur Risikominimierung an, um die Gesamtkostenstruktur (TCO) beim Anwender so gering wie möglich zu halten.

ATP bietet Industriekunden neben der kontrollierten Stückliste, lange Produktlebenszyklen mit Pufferlager-Support und frühzeitige Indikatoren was die Lebensdauer von Produkten betrifft. Aufgrund der Dynamik der Halbleiterindustrie sind regelmäßige und zukunftsorientierte Roadmaps und Aktualisierungen der Stücklistenausrichtung zwingend erforderlich. Aktuelle Roadmaps sind ein entscheidendes Kriterium während der Qualifizierungsphase, da sie mit hoher Wahrscheinlichkeit aufgrund von Markteinflüssen und Prozessausbeuten von der initialen Vorhersage abweichen werden.

Verkleinerung der Strukturgröße

Ein weiterer Faktor, der bei der Betrachtung einer Risikominimierung zu beachten ist, sind Die-Shrinks (Strukturreduzierung der NAND-Zellen). Obwohl eine Verkleinerung der Strukturgröße dem Endnutzer Vorteile wie geringerer Stromverbrauch, weniger Kosten sowie größere Kapazität bieten, kann die Zuverlässigkeit von NAND-Flash darunter leiden.

Bild 1 zeigt die Veränderung von 32-nm-Architektur zur folgenden 25- und 20-nm-Technologie, die mit einer verschlechterten Zuverlässigkeit des NAND-Flash einhergeht. Aufgrund dieser Tendenz ist eine enge Zusammenarbeit mit den Komponentenherstellern unverzichtbar, um die Auswirkungen einer Architekturänderung auf die Betriebsdauer zu ermitteln.

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