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Flash-Speicher Der feine Unterschied: Embedded NAND und Commodity NAND

| Autor / Redakteur: Touhid Raza * / Holger Heller

Lange schon ist NAND-Flash auf dem Markt und viele Elektronikgeräte, die wir täglich benutzen, behinhalten eine Form von NAND – vom Handy bis hin zum Auto. Je nach Einsatzgebiet variieren die Anforderungen dieser Speicherbausteine aber deutlich. Heute muss man zwischen zwei Kategorien unterscheiden: Commodity NAND und Embedded NAND.

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Der bekannte (Commodity) NAND-Flash wird in Consumergeräten wie Speicherkarten oder USB-Sticks verbaut. Diese Speichermedien sind preisgetrieben und benötigen Massenspeicherkapazität für Musik, Video, Bücher, Fotos, Spiele und andere Nutzerdaten.

Mit der Zeit ist zwar der Bedarf an Speicherkapazität gestiegen, aber die Preissensibilität ist gleich geblieben. Deshalb müssen Commodity-NAND-Hersteller die Kosten niedrig halten, indem sie Abstriche bei Performance bzw. Qualität machen – und zwar bei allen Applikationen, wo der Preis pro Bit der Hauptantrieb ist.

Aus diesem Grund sind die Hersteller gezwungen, nahezu alle 18 Monate von einer Prozesstechnologie zur nächsten zu wechseln. Für Embedded-Kunden ist das nicht optimal, denn ihre Designs müssen mindestens fünf Jahre bestehen bleiben.

Embedded-NAND-Zulieferer haben strengere Vorgaben. Systeme im Embedded-Markt, wie Settop-Boxen, Fahrzeuge, Industriegeräte, Sensoren und GPS-Navigationssysteme, folgen nicht den gleichen Kapazitäts- und Kostenzyklen wie im Commodity-NAND-Markt. Hier ist Zuverlässigkeit wichtiger als große Speicherkapazität. Embedded-NAND benötigt eine vorhersehbare Performance, hohe Qualität und eine erweiterte Temperaturbereich – mindestens zwischen -40 und 85 °C, in manchen Automobilanwendungen sogar bis zu 125 °C.

Embedded-NAND sollte über einen langen Zeitraum verfügbar sein

Außerdem sollten Embedded-NAND-Flash-Speicher möglichst lange verfügbar sein. Denn viele Embedded-Produkte sind so angelegt, dass sie viele Jahre bestehen bleiben. So nutzen Unternehmen Embedded-NAND in 4G-LTE-Basisstationen und hier möchten sie sicher sein, dass sie nicht alle paar Jahre die Software umschreiben oder die gesamte Plattform ändern müssen.

Ähnlich geht es den TV-Kabelanbietern: Sie verwenden Embedded-NAND in TV Settop-Boxen und auch sie wollen die Geräte nicht ständig austauschen. Automobilhersteller bauen NAND-Flash in ihre Car-Infotainment-Systeme ein. Auch sie sollen möglichst so lange halten, wie das Auto selbst: durchschnittlich also zehn Jahre. Deshalb ist es wichtig bereits in der Entwicklungsphase einen Flash-Hersteller zu wählen, der die Verfügbarkeit über einen langen Zeitraum bereitstellt oder sogar garantiert.

Unterschiede im Detail: Was ist bei der Wahl eines Embedded-NAND zu beachten?

Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale zwischen Commodity-NAND und NAND für Embedded-Applikationen sind: Performance, Zuverlässigkeit und Qualität, ein erweiterter Temperaturbereich und die Verfügbarkeit über einen langen Zeitraum.

1. Performance

Für Embedded-Anwendungen eignet sich Single-Level-Cell NAND (SLC) besonders gut. Seine Lesegeschwindigkeit ist mindestens dreimal schneller als die des üblicherweise verwendeten Multi-Level-Cell NANDs (MLC) in Massenspeicher-Produkten. Auch die Programmiergeschwindigkeit des SLC-NANDs ist bis zu zehnmal schneller als die des MLC-NANDs. Jede physische Memory-Location auf einem Embedded-NAND-Speicher kann mindestens zehnmal öfter beschrieben werden als Memory-Locations in einem Commodity-MLC-NAND.

2. Speicherdichte: Weniger ist mehr

Die Hersteller von Massenspeichern fangen dieses Zuverlässigkeitsproblem dadurch auf, indem sie mehr Speicherdichte zu ihren Geräten hinzufügen. Embedded-NAND benötigt keine so hohen Speicherdichten und bietet deshalb eine höhere Qualität und Zuverlässigkeit. Im Durchschnitt benötigt Embedded-NAND Speicherdichten zwischen 1 und 8 GBit.

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