NAND-Flash-Speicher richtig ausgewählt

Besonders in mobilen Embedded Systemen kommt NAND-Flash-Speicher sehr häufig zum Einsatz. Dem Anwender bieten sich im Wesentlichen zwei Topologien an: die gemanagte und die diskrete. Jede hat ihre Vor- und Nachteile...

Besonders in mobilen Embedded Systemen kommt NAND-Flash-Speicher sehr häufig zum Einsatz. Dem Anwender bieten sich im Wesentlichen zwei Topologien an: die gemanagte und die diskrete. Jede hat ihre Vor- und Nachteile, und nur wenn der Anwender verschiedene Kriterien wie etwa den Kapazitätsbedarf, die Bevorratung, den Platzbedarf und die Verfügbarkeit hauseigener Ressourcen sorgfältig abwägt, kann er die für sein System beste Alternative ermitteln.

NAND-Flash-Speicher haben sich in letzter Zeit als echte Alternative zu rotierenden Speichermedien in mobilen Embedded Systemen herauskristallisiert. Allerdings bringen das hohe Entwicklungstempo des Marktes und die wachsende Zahl an Anbietern neue Probleme für das Design entsprechender Speicher-Subsysteme mit sich. So entstehen immer wieder neue Flash-Architekturen, Hersteller steigen rasch auf Deep-Submicron-Technologien um, und ständig werden die Bausteine mit unterschiedlichsten neuen Features ausgestattet. Wegen all dieser Aspekte und noch einiger anderer ist das Design von NAND-Flash-Subsystemen für den Anwender mehr denn je eine Herausforderung.

Prinzipiell stehen dem Anwender drei Optionen zur Auswahl:

  • Diskrete Lösung: Diese besteht aus einem Flash-Controller und einem oder mehreren separaten NAND-Bausteinen.
  • Eine Variante der diskreten Lösung greift auf die in Chipsätzen beziehungsweise Prozessoren eingebauten NAND-Controller zurück und nutzt dann separate NAND-Speicher. Da dies nur eine Variante der diskreten Lösung ist, geht dieser Artikel nicht gesondert darauf ein.
  • Gemanagte Lösung: Diese fasst Flash-Controller und Speicherchips in einem Gehäuse als vorgefertigte Lösung zusammen (Bild 1).

Samsung und Toshiba sind die beiden Unternehmen, die den NAND-Flash-Markt in den ersten Jahren dominierten. Beide bedienten sich ähnlicher Speicherarchitekturen, verwendeten die gleiche Sektorgröße von 512 Byte und gingen auch im Bereich der Befehlsschnittstellen und Gehäuse ähnliche Wege. Systeme mit einfachen Controllern konnten den ATA/IDE-Bus nutzen, um die Adress- und Datensignale in Speicherzugriffe zu verwandeln. Musste der Anwender die Speicherbausteine eines Herstellers durch Produkte eines anderen ersetzen, war das für ihn kein großer Arbeitsaufwand.

In den letzten zehn Jahren allerdings war die Technologie der NAND-Flash-Speicher durch ein hohes Entwicklungstempo und eine intensive Diversifizierung gekennzeichnet. Das rapide Wachstum des Marktes zog eine ganze Reihe neuer Anbieter mit eigenen technologischen Weiterentwicklungen an. Als bei den Bausteinen die Grenze von 4 GBit überschritten wurde, stiegen zahlreiche Hersteller auf eine Seitengröße von 2 KByte um, und erst vor kurzem wechselten die Hersteller auf 4 KByte. Im Streben nach mehr Kapazität verließen sie überdies die bisherige SLC-Technik (Single-Level Cell) zugunsten von MLC-Architekturen (Multi-Level Cell), die bis zu vier Bits pro Zelle speichern können.