Speicher für raue Umgebungen Mehr Schutz vor Datenverlust bei Stromausfällen

Von Ivan Chu

SSDs sind zuverlässiger, robuster und schneller als HDDs, deshalb sind sie gerade für anspruchsvolle Umgebungen das Speichermedium der Wahl, z.B. in Fahrzeugen. Doch eine unerwartete Unterbrechung der Stromversorgung kann auch bei ihnen zu Datenverlust und sogar zum Ausfall der SSD führen. Eine neue Technologie verhindert das.

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In Fahrzeugen müssen alle Komponenten nicht nur einem weiten Temperaturbereich standhalten, sondern auch Schocks und Vibrationen sowie instabilen Spannungen und Stromausfällen.
In Fahrzeugen müssen alle Komponenten nicht nur einem weiten Temperaturbereich standhalten, sondern auch Schocks und Vibrationen sowie instabilen Spannungen und Stromausfällen.
(Bild: Apacer)

Erhält die SSD plötzlich zu wenig Strom, kann es passieren, dass sie die Programmierung der NAND-Blöcke nicht abschließen kann, d.h. Daten gehen während der Übertragung vom Host-System zur SSD verloren. Dieses Risiko besteht vor allem bei SSDs, die mit einem DRAM-Schreibcache ausgestattet sind. Denn bei ihnen speichert der Controller die vom Host geschriebenen Daten zunächst im flüchtigen DRAM-Cache. Daraufhin geht ein Signal an den Host, dass der Schreibvorgang abgeschlossen ist. Kommt es in diesem Moment zum Stromausfall, sind die Daten weg. Denn erst danach werden die Daten vom DRAM auf den NAND-Flash verschoben.

Ein weiteres Risiko sind Schäden an der Verknüpfungstabelle. Denn die Mapping-Informationen der Verknüpfungstabelle, z.B. der DRAM-Schreibcache, werden vorübergehend in der Controller-Stufe zwischengespeichert bevor sie in den Flash-Speicher verschoben und dort zu „gehärteten“ Informationen werden. Wenn die Verknüpfungstabelle beschädigt wird und so Zuordnungsinformationen verloren gehen, kann das Gerät beim nächsten Einschalten beschädigte Daten anzeigen und der Host ist möglicherweise nicht in der Lage, gültige Daten vom Gerät abzurufen.

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Unlesbare Seiten

Auch unlesbare Seiten des NAND-Flash-Speichers können eine Folge eines Stromausfalls sein. Die NAND-Flash-Programmierung ist in der Regel in mehrere Schreibvorgänge unterteilt, die jeweils eine Seite eines Blocks beschreiben (Bild 2).

Kommt es dabei zu einer unerwarteten Unterbrechung der Stromversorgung, wird die Seite mit den Daten, die in diesem Moment geschrieben werden, als ungültig und fehlerhaft gekennzeichnet und können nicht gelesen werden, wenn die Stromversorgung wiederhergestellt ist. In Bild 2 wäre das die Seite s4. Die Daten, die durch die vorherigen Programmiervorgänge auf den Seiten s1, s2 und s3 geschrieben wurden, sind hingegen nicht betroffen, da sie während des Programmiervorgangs schon in die Flash-Chips geschrieben wurden.

Kondensatoren überbrücken Versorgungslücke

Um die Datenintegrität von SSDs auch bei Stromausfall zu gewährleisten, hat Apacer die hardwarebasierte Technologie „CorePower“ entwickelt. Die entsprechenden SSDs sind mit leistungsstarken Elektrolytkondensatoren ausgestattet, die eine ausreichende Backup-Stromversorgung liefern, um bei Unterbrechung genug Zeit zu gewinnen, die Daten sicher abzuspeichern.

Dabei erkennt ein Detect-IC den Stromausfall und sendet ein Signal an den Controller, alle im Cache zwischengespeicherten Daten auf den NAND-Flash zu schreiben. Gleichzeitig beginnen die Kondensatoren zu arbeiten und liefern den nötigen Strom (Bild 3).

Die Elektrolytkondensatoren decken denselben weiten Temperaturbereich ab wie alle anderen Komponenten der CorePower-SSDs, sodass diese in diesem breiten Temperaturspektrum zuverlässig arbeiten. Damit ist CorePower eine Lösung für Anwendungen, bei denen es auch unter schwierigen Bedingungen auf Zuverlässigkeit ankommt.

Video-Recorder in Bussen mit CorePower

Die Technologie kommt etwa in einem digitalen Videoaufzeichnungssystem in Bussen in Indien zum Einsatz. Der Digitale Video Recorder (DVR) sorgt hier für mehr Fahrsicherheit, indem der Fahrer mit dessen Hilfe in Echtzeit die Situation innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs erfassen kann, auch die (sonst) toten Winkel. Außerdem stellt der DVR sicher, dass die Busroute einschließlich Haltestellen und Ankunftszeiten korrekt eingehalten wird.

Da die Busse den ganzen Tag unter sehr unterschiedlichen Bedingungen unterwegs sind, muss der DVR sowohl Temperaturschwankungen als auch Vibrationen standhalten. In Verbindung mit instabiler Spannung oder sogar Stromausfällen kann die 24-Stunden-Aufzeichnung und Bildspeicherung gefährdet sein. Hinzu kommen immer strengere Anforderungen an das Bildspeichermaterial in Richtung höherer Bildqualität und Auflösung.

Ursprünglich wurden Festplatten (HDD) für die fahrzeuginternen DVRs getestet, doch ihre hohe Ausfallrate führte oft zu unvollständigem Datenbestand. Deshalb ersetzte der Anwender seine HDD durch eine industrietaugliche 3D-NAND-2,5-Zoll-SSD von Apacer.

Diese ist nicht nur vor Instabilitäten der Systemspannung geschützt, sondern verfügt auch über die End-to-End-Data-Protection-Technologie. Der Fehlerprüfungsmechanismus erkennt und korrigiert Datenfehler in Echtzeit, sodass eine sehr hohe Datenzuverlässigkeit während der Datenübertragung erzielt wird. Sie ist für weite Temperaturbereiche von –40 bis 85°C ausgelegt, für den Fall starker Temperaturschwankungen oder Hitze lässt sie sich zudem mit einem Wärmesensor versehen. Er überwacht die SSD-Temperatur in Echtzeit und reduziert das Risiko einer Überhitzung.

Überwachungssystem für den Schienenverkehr

Ebenso setzt ein europäischer Hersteller von Videoüberwachungssystemen auf die CorePower-Technologie. Die Videosysteme werden zur Speicherung und zum Abruf von Archivvideomaterial in Eisenbahnsystemen verwendet. Die Züge fahren auch in kalten, bergigen Regionen, in denen es immer wieder zu unerwarteten Problemen mit der Stromversorgung kommt.

Hier kommt die SV250-300B von Apacer zum Einsatz, die die CorePower-Technologie mit einer hohen Kapazität und einer robusten mechanischen Konstruktion nach MIL-STD-810G kombiniert. Durch den Austausch der bestehenden Plattform durch das neue System konnte der Hersteller zudem die Langlebigkeit des Geräts erhöhen und die Kosten für das Wartungsmanagement minimieren.

* Ivan Chu ist Marketing Manager Sales and Marketing Center bei Apacer Technology Inc.

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