Der Industrial iNAND 7250 EFD ist mit Kapazitäten von 8 GB bis 64 GB erhältlich und unterstützt die e.MMC-5.1-Schnittstelle.

Der Industrial-iNAND 7250 EFD ist mit Kapazitäten von 8 bis 64 GByte erhältlich und unterstützt die e.MMC-5.1-Schnittstelle. (Bild: MSC Technologies)

In vielen Anwendungen ist es heute notwendig, umfangreiche Datenmengen intelligent und äußerst zuverlässig zu verarbeiten und zu speichern. Als Speichermedium bieten sich innovative Flash-Technologien in Form von kompakten, lötbaren eMMCs (embedded Multimedia Cards) an. Neben der sicheren Datenspeicherung bieten eMMCs die Möglichkeit, das immer komplexer werdende Speichermanagement zu vereinfachen. Zudem lassen sich die Speicher schnell und zuverlässig in Systeme integrieren, um die Time-to-Market des Endproduktes zu optimieren. Die Leistung der eMMCs ist vergleichbar mit der einer SD-Karte. Die energie- und platzsparenden Speicher werden daher in kleineren und kostengünstigeren Endgeräten verbaut. Immer häufiger kommen sie jedoch in vielen industriellen und Embedded-Anwendungen zum Einsatz.

Industrielle Anforderungen

Bei Flash-Speichern, die in einer Industrieumgebung zum Einsatz kommen, stehen die Zuverlässigkeit und die lange Lebensdauer im Vordergrund. Ein weiteres Kriterium, das bei der Auswahl des passenden Bausteines eine Rolle spielt, ist der Betriebstemperaturbereich. Je nach Einsatz im Innenbereich oder Outdoor stehen die Speicher für den erweiterten Temperaturbereich von -25 bis 85 °C oder für den industriellen Temperaturbereich von  -40  bis 85 °C zur Verfügung. Für die Automobilindustrie sind Produkte mit einer Temperaturobergrenze von +105 °C lieferbar. Auch signifikante Temperaturschwankungen in der Anwendung beeinflussen das Verhalten eines Flash-Speichers, speziell die Data Retention (Datenerhalt).

Ein wichtiges Kriterium ist die benötigte Kapazität des eMMC-Bausteines. Soll nur das Betriebssystems (OS) oder/und sollen zusätzlich größere Datenmengen gespeichert werden? Daraus ergibt sich die benötigte Kapazität des Bausteines. Soll beispielsweise nur das OS Linux Platz finden, dann reichen in der Regel 8 GByte aus. Sollte aber mit Windows gearbeitet und eventuell noch ein paar Daten gespeichert werden, dann kommen Produkte mit mindestens 32 oder sogar 64 GByte zum Einsatz.

Wichtig ist auch das Thema Datensicherheit bei plötzlichem Stromausfall. Bei einem plötzlichen Stromausfall unterbricht der eMMC ein weiteres Schreiben und sendet eine Fehlermeldung (Error Indication) an den Host zurück. Zudem können Anwender den Gesundheitszustand (Advanced Health Status Report) der eMMC jederzeit über ein bestimmtes Kommando (CMD62 und CMD63) abfragen. Um den unterschiedlichen Ansprüchen gerecht zu werden, lässt sich der eMMC partitionieren. Dann ist beispielsweise ein Teil der Kapazität für das Betriebssystem reserviert, ein weiterer Bereich für Programme oder für Daten. In diesem Falle lässt sich der eMMC in drei Partitionen aufteilen, beispielsweise ein eMMC-Baustein mit 16 GByte in 2, 4 und 10 GByte. Mit Smart Partitioning können Anwender einen Speicher nach Bedarf in mehrere Partitionen aufteilen, die auch physikalisch voneinander getrennt sind.

 

Auf der folgenden Seite stellen wir den Industrial-iNAND 7250 von Sandisk im Detail vor.

Embedded Flash Drive

Das von MSC Technologies entwickelte Embedded-Modul SM2S-IMX im Smarc-2.0-Format ist mit eMMCs von Sandisk ausgestattet.

Das von MSC Technologies entwickelte Embedded-Modul SM2S-IMX im Smarc-2.0-Format ist mit eMMCs von Sandisk ausgestattet. MSC Technologies

Die vielfältigen Einsatzgebiete wie beispielsweise Embedded- und Industrie-PCs, Fabrikautomatisierung, Überwachungsanlagen, medizinische Systeme, IoT-Gateways oder Transportation werfen unterschiedliche Fragen bei der Planung mit eMMC auf. MSC Technologies bietet unter anderem die für die Industrie ausgelegten iNAND-Speicherlösungen von Sandisk an, die sich für viele unterschiedliche Code- und Massenspeicheranforderungen eignen.

Der Industrial-iNAND 7250 ist ein Embedded Flash Drive (EFD) zur Optimierung von vernetzten Geräten in industriellen IoT-Applikationen wie Sicherheitskameras, kommerziellen Drohnen, Netzwerkgeräten, IoT-Gateways und System-on-Modules (SOMs). Der Speicher bietet die Vorteile der Flash-Technologie mit schnellem Boot-up, hoher Zuverlässigkeit und Robustheit, eine gleichbleibende Leistung und viele proprietäre Features. Embedded-MMC nutzt ein LDPC/ECC-Fehlermanagement (Low Density Parity Check/Error Correction Code) und eMLC-Speicher. Die LDPC Engine verfügt über Funktionen zur Fehlererkennung und -korrektur. Damit wird eine verbesserte Schreib-Löschrate und folglich eine längere Lebensdauer der Flash-Zellen erreicht.

Der eMLC-Speicher ist gegenüber dem Standard-MLC-Speicher darauf optimiert, eine bessere Ausdauer über die Lebensdauer des Speichers zu bieten. Dies führt zu mehr Gestaltungsspielraum und darüber hinaus zu einer niedrigeren, nicht korrigierbaren Bit-Fehlerrate (UBER) über die Lebensdauer des Gerätes. Alle Industrial-Grade-Produkte von Sandisk sind für den industriellen Markt konzipiert. Der industrielle iNAND 7250 ist für Temperaturbereiche von -40 bis 85 °C qualifiziert und für die Automotive-Industrie mit Arbeitstemperaturen bis zu +105° in dieser Serie erhältlich.

Aufgebaut sind die iNAND-eMMCs wie ein kleines, eigenständiges System mit Controller, Flash-Fläche, Cache und dem Management der Firmware, dem Herzstück der EFDs. Die erweiterte Flash-Management-Firmware beinhaltet neben LDPC ein Wear Leveling, Bad-Block-Management und ein optimiertes Powermanagement. Mit dem Write-Amplification-Management, bekannt als WAF (Write Amplification Factor), lassen sich datenintensive Anwendungen so optimieren, dass die EFD eine lange Lebensdauer (Endurance) erreichen. Bei einem neuen Schreibvorgang müssen nicht notwendigerweise die bisherigen Flash-Zellen genutzt werden – der Wear-Leveling-Algorithmus kann auch andere Zellen auswählen.

 

Auf der nächsten Seite erfahren Sie mehr über die intelligente ECC-Funktion Speichers und das Wear Leveling bei eMMCs.

Fehlerkorrektur ECC

Eck-Daten

Datenintegrität, ein erweiterter Temperaturbereich und eine lange Lebensdauer sind ausschlaggebende Forderungen an industrielle eMMCs. Die iNAND-7250-Serie von Sandisk  ist für +85 °C im industriellen Sektor und bis +105 °C im Automotive-Bereich ausgelegt. Die Speicher sind mit Kapazitäten von 8 bis 64 GByte lieferbar und verfügen über Fehlerkorrekturalgorithmen, Wear Leveling und lassen sich intelligent partitionieren. Die Bausteine befinden beispielsweise auf dem von MSC Technologies entwickelten SM2X-IMX-Modul im Scarc-2.0-Format.

Der LDPC/ECC-Algorithmus erkennt Bit-Fehler und korrigiert diese. Diese Funktion hat einen unmittelbaren Einfluss auf die maximale Anzahl der Schreib- und Löschzyklen. Die Bitfehlerhäufigkeit (Bit Error Rate, BER) ist ein Maß für das korrekte Lesen des Controllers. Nähert sich ein Flash-Block dem Ende seiner Lebensdauer, so steigt die Wahrscheinlichkeit eines Bit-Fehlers.

Eine intelligente ECC-Funktion setzt eine Zelle nicht einfach bei Erreichen der typischen W/E-Zyklen (write/ erase) auf „bad“, sondern ermittelt durch die Fehlerhäufigkeit, wie lange die Zelle noch „good“ ist. Abschließend wird die Zelle durch eine neue Zelle (Spare Blocks) ersetzt oder endgültig auf „bad“ gesetzt und ist beim nächsten Schreiben nicht mehr aktiv. Mit dieser Funktion lässt sich die Gesamtlebensdauer des Speichers verlängern. Um welche Zeitspanne sich der Einsatz ausdehnen lässt, hängt vor allem von der Anwendung, der Arbeitstemperatur und natürlich von der Qualität des Speichers ab.

Wear Leveling bei eMMCs

Eine weitere Möglichkeit die Lebensdauer der Speicher zusätzlich deutlich zu verlängern bietet Wear Leveling, das die intelligente Verteilung der geschriebenen Daten sicherstellt. Das Ziel ist, die gleichmäßige Abnutzung der Flash-Zellen zu erreichen. Hier kommt es vor allem auf die Qualität der Programmierung der Firmware an, um einen frühzeitigen Ausfall des Speichers zu verhindern.

Der Industrial-iNAND 7250 EFD ist von 8 bis 64 GByte Kapazität erhältlich und unterstützt die e.MMC-5.1-Schnittstelle. Zu den wesentlichen Funktionen gehören ein erweiterter Betriebstemperaturbereich, eine automatische und manuelle Datenaktualisierung, RPMB- und Boot-Partition, flexible EUDA-Konfiguration (End User Data Area) und ein schneller Boot-Modus. Die Datenzuverlässigkeit und Produktlebensdauer wird durch das interne Auffrischungsmerkmal in Kombination mit dem eMLC-Speicher und dem LDPC/ECC-Management deutlich verbessert. Der Speicher bietet 3,3 V IO-Unterstützung für Legacy-Designs und ist daher geeignet für die Aufrüstung von alten Systemen. Bis zu 3000 P/E-Zyklen (MLC) und 30.000 P/E-Zyklen (SLC) mit zehn Jahren Datenerhalt sind möglich.

Robert Herth

Autorenbild
(Bild: MSC Technologies)
Senior BDM bei MSC Technologies

(na)

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