Das Thema Flashspeicher ist heute wesentlich komplexer, als es noch vor einigen Jahren war. Während früher aufgrund der wenigen vorhandenen Typen und der älteren Produktionsprozesse der Kapazität höchste Priorität zukam, muss sich der Entwickler heute mit wesentlich mehr Typen und Parametern auseinandersetzen. Dazu gehören TBW (Terabytes written), Endurance beziehungsweise Schreib-/Löschzyklen oder auch die Data Retention, also die Aussage wie lange Daten intakt bleiben, wenn der Datenträger stromlos ist.

Die hohe Endurance von SLC-Speichern ist darauf zurückzuführen, dass nur ein Bit pro Speicherzelle gespeichert wird. Dadurch kommt es zu weniger Fehlern bei Schreibvorgängen.

Die hohe Endurance von SLC-Speichern ist darauf zurückzuführen, dass nur ein Bit pro Speicherzelle gespeichert wird. Dadurch kommt es zu weniger Fehlern bei Schreibvorgängen. Dacom West

Parameter wie TBW sind zusätzlich noch abhängig vom Speichertyp, sodass sich ein Vergleich schwierig gestaltet. Im Folgenden gibt der Beitrag einen kurzen, vereinfachten Vergleich der in der Industrie am häufigsten eingesetzten Speicherarten.

2D SLC – Single Level Cell

2D-SLC-Speicher eignet sich aufgrund seiner hohen Endurance und des langen Zeitraums, die Data Retention betreffend, sehr gut für Anwendungen, die eine große Anzahl an Schreibvorgängen aufweisen und viele Jahre wartungsfrei laufen müssen. Die hohe Endurance wird dadurch erreicht, dass zum einen nur ein Bit pro Speicherzelle gespeichert wird, was Fehler bei Schreibvorgängen minimiert. Außerdem erlaubt der Fertigungsprozess, dass sich die Elektronenmenge in einer Speicherzelle erhöht. Dadurch wird auch eine Data Retention von fünf bis zehn Jahren erreicht. SLC-Speicher kommen vorwiegend in Bereichen zum Einsatz, die eine extrem hohe Zuverlässigkeit benötigen (zum Beispiel Industrierechner, Medizin), hohe Anforderungen an den Temperaturbereich haben (beispielsweise bei Industrierechnern in entsprechenden Umgebungen, Marine, Luftfahrt), oder wo eine Wartung schlicht nicht möglich ist, zum Beispiel in der Raumfahrt.

2D MLC – Multi Level Cell

2D-MLC-Speicher dagegen ist kostengünstiger herzustellen, da dort 2 Bit pro Speicherzelle gespeichert werden. Darunter leidet jedoch die Endurance, das heißt, es sind weniger Schreib-/Löschvorgänge möglich, bis das Ende der Lebensdauer erreicht wird. Kleinere Speicherzellen beinhalten auch weniger Elektronen, was die Data Retention während der Lebenszeit verringert. Dort beträgt diese zu Beginn auch zehn Jahre, sinkt aber mit der Nutzung immer weiter bis herunter auf etwa ein Jahr. Daher eignen sich 2D-MLC-Speicher weniger für Archivierungszwecke, aber gut für Anwendungen, die viele Lesevorgänge benötigen, aber wenig Schreibvorgänge. Ein Beispiel für die Anwendung von MLC-Speicher ist der Kartenspeicher in einem Navigationssystem.

3D TLC – Tripel Level Cell

Der Entwickler muss bei der Auswahl der passenden Speichers für seine Anwendung heute viele Parameter beachten und durchaus auch die Kosten im Auge behalten.

Der Entwickler muss bei der Auswahl des passenden Speichers für seine Anwendung heute viele Parameter beachten und durchaus auch die Kosten im Auge behalten. Dacom West

3D-TLC-Speicher ist aktuell am kostengünstigsten herstellbar. Hier gibt es jedoch gravierende Unterschiede, da bei diesem Speichertyp Consumervarianten und für die Industrie freigegebene Varianten existieren. Während die Consumervarianten teilweise nur einige hundert Schreib-/Löschzyklen verkraften, was im Consumerbereich tatsächlich im Normalfall keine Rolle spielt, sind die für die Industrie freigegebenen Versionen ungefähr auf dem Niveau des 2D-MLCSpeichers. TLC-Speicher beherbergt 3 Bit pro Speicherzelle und bietet eine hohe Leistung, sowie eine Data Retention ähnlich wie 2D-MLC-Speicher. Genau wie dieser ist 3D-TLC-Speicher allerdings nicht zur Archivierung geeignet und wird oft im Enterprisebereich eingesetzt.

Da dort eine durchgängige Stromversorgung gewährleistet ist, kann der Speicher gesteuert durch den Controller immer wieder einen Refresh durchlaufen und somit treten die Probleme der niedrigen Data Retention nicht auf. In der Industrie kommt 3D-TLC-Speicher immer häufiger nicht nur aus Kostengründen zum Einsazt. Da er auch in erweiterten Temperaturbereichen verfügbar ist, eignet er sich auch zum Einsatz in raueren Umgebungen.

Pseudo-SLC

Pseude-SLC-Speicher (pSLC) nimmt eine Sonderrolle ein. Es handelt sich um 2D-MLC- oder 3D-TLC-Speicher, welcher vom Controller mit nur einem Bit pro Speicherzelle befüllt wird. Der Speiche rmuss diesen Modus jedoch unterstützen. Durch diesen Kniff lässt sich die Endurance des Speichers um den Faktor 6 bis 10 erhöhen. Damit stellt er in vielen Anwendungsfällen einen adäquaten und günstigeren Ersatz von SLC-Speicher dar.

Die Frage, welcher Speicher der richtige für die jeweilige Applikation ist, lässt sich in vielen Fällen nicht einfach beantworten. Viele Faktoren müssen in Betracht gezogen werden bei der Auswahl: wie viele Daten werden im Schnitt auf den Datenträger geschrieben (statisch und dynamisch), wie lange muss das Gerät laufen (Wartungszyklen beachten), wie kostensensitiv ist die Applikation? Es gibt zwar einige Faustregeln, jedoch lässt sich nur anhand eines entsprechenden Datenprofils eine absolute Aussage treffen, welche Art Flashspeicher in Frage kommt, um möglicherweise auftretende Probleme zu vermeiden oder zumindest zu minimieren.