Die Wahl des passenden Flash- Speichers zur richtigen Anwendung

| Autor / Redakteur: Johannes Hentschel * / Sebastian Gerstl

Formfaktor, Temperaturbereich, Schreib/Lesezyklen: Bei der Auswahl des Flashspeichers müssen zahlreiche faktoren bedacht wählen, ehe man zu einem Produkt greift.
Formfaktor, Temperaturbereich, Schreib/Lesezyklen: Bei der Auswahl des Flashspeichers müssen zahlreiche faktoren bedacht wählen, ehe man zu einem Produkt greift. (Bild: Transcend)

Gerade in industriellen Anwendungen ist die Wahl des richtigen Flashspeichers nicht trivial. Es gilt, sich vorher gründlich über Bausteineigenschaften und Einsatzbedingungen zu informieren.

Wer sich noch nicht eingängig mit dem Thema Flash und seiner Funktionsweise beschäftigt hat, wird sich wundern, was es alles bei der Auswahl des richtigen Flash zu berücksichtigen gilt. Während sich der durchschnittliche User zu Hause an Faktoren wie Preis pro GByte oder Übertragungsgeschwindigkeiten orientiert, steht ein Einkäufer im industriellen Bereich vor einem weitaus komplexeren Entscheidungsfindungsprozess.

Das liegt zum einen an den durchaus größeren Auswahlmöglichkeiten an Chips und Funktionalitäten, die einem industriellen Anwender von Seiten der Hersteller angeboten werden, zum anderen aber auch an den individuellen Anforderungen und den Einsatzszenarien, die ihm idealerweise der Entwickler mit an die Hand gibt. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass Anwender verstehen, welche unterschiedlichen Arten von Flash es gibt und welche Faktoren die Haltbarkeit eines Flash-Produkts determinieren.

Nicht jeder Flashspeicher ist gleich

Aufgrund unterschiedlicher Technologien und Fertigungsmöglichkeiten zwischen Flash-Herstellern gibt es Unterschiede in Qualität und Zuverlässigkeit von Flash-Chips. Als Halbleiterprodukt wird NAND-Flash aus einem Siliziumwafer hergestellt, der in Scheiben geschnitten wird und aus denen wiederum sogenannte Flash-Dies herausgetrennt werden. Vor der Auslieferung führt jeder Flash-Hersteller seine eigene Qualitätsprüfung und die finalen IC-Packing-Tests durch. So erklärt sich, dass es verschiedene Qualitäten von Flash gibt.

Unabhängig davon unterscheidet man grundsätzlich drei Typen von NAND Flash: SLC, MLC und TLC. Als proprietäre Lösung hat Transcend zusätzlich die sogenannten SuperMLC Technologie entwickelt, die eine speziell entwickelte Firmware nutzt um 2-bit MLC Flashzellen lediglich mit einem Bit zu programmieren. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Unterschiede.

NAND Typen SLC SuperMLC
(SLC-mode)
MLC TLC
Bit/Zelle 1 1 2 3
Leistung Am besten
Sehr gut
Gut Durchschnitt
Haltbarkeit
(P/E-Zyklen)
50K 30K 3K <1K
Zuverlässigkeit
(Datenerhalt)
Am besten
Sehr gut
Gut Durchschnitt
Stromverbrauch Niedrig Niedrig Durchschnitt Durchschnitt
Kosten $$$$$ $$$ $$ $
Einsatzgebiete In Fällen, in denen die Lebensdauer wichtiger ist als die Kosten Deutlich günstiger als SLC, leistungsstärker als MLC Verwendet in SSDs und den meisten Industrie-Produkten Hauptsächlich verwendet in Consumer-Produkten

SLC ist äußerst haltbar und performant, allerdings angesichts der MLC-Alternative mittlerweile für viele Anwendungen zu teuer. SuperMLC verbindet die Vorteile von SLC und MLC und ist eine kosteneffektive Lösung mit einer sehr guten Haltbarkeit, Performance und Zuverlässigkeit.

Die Haltbarkeit des Flash ist durch die Anzahl der P/E-Zyklen (Programmier-/Lösch-Zyklen) definiert, die eine Flashzelle während ihrer Lebensdauer verträgt.

Die Haltbarkeit des fertigen Flash-Produktes wird in TBW (Terabyte Written) gemessen und ist nicht nur vom verwendeten Flash-Typ abhängig sondern wird durch weitere Faktoren, wie dem verwendeten Controller, der Firmware und Umweltfaktoren beeinflusst, in denen das Produkt zum Einsatz kommt.

Industrie- versus Consumer-Produkte

Jedes Flashprodukt hat seine eigene Betriebstemperatur und sollte nicht außerhalb dieses Rahmens zum Einsatz kommen, um Fehler beim Schreiben zu vermeiden und die Bitfehlerrate zu minimieren. Hohe Temperaturen beschleunigen zudem die Alterung und reduzieren die Haltbarkeit. Spezieller Wide-Temperature-Flash ermöglicht die Herstellung von Produkten, die - anders als Consumer-Produkte mit herkömmlichem Flash - auch bei extremen Temperaturen einen fehlerfreien Betrieb gewährleisten.

Neben den unterschiedlichen Flash-Typen können Speicherprodukte für Industriekunden auch mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet werden. Durch individuell angepasste Controller und Firmware lässt sich das Speicherprodukt auf die Anforderungen der entsprechenden Applikation zuschneiden. Power Fail Mechanismen bieten zum Beispiel einen Schutz vor plötzlichen Spannungsschwankungen und versorgen den Controller mit ausreichend Strom um die Inhalte des Zwischenspeichers in den non-volatilen Flashspeicher zu schreiben.

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