Swissbit Der richtige Flash-Speicher für Industrieanwendungen

Die 2,5-Zoll-SSD-Serie »X-500« von Swissbit nutzt EM-MLC-Flash zur zuverlässigen Datenspeicherung.
Die 2,5-Zoll-SSD-Serie »X-500« von Swissbit nutzt EM-MLC-Flash zur zuverlässigen Datenspeicherung.

Durch den Preisdruck im Industrie- und Embedded-Markt setzen viele Speicherhersteller auf die kostengünstigeren MLC- oder TLC-NAND-Flash-Speicher. Doch Anwender gehen den umgekehrten Weg und nutzen SLC, speziell bei kleinen und mittleren Formfaktoren, die weniger als 32 GByte Speicherkapazität benötigen.

»Die Entscheidung, ob eine MLC-Speicherlösung (Multi Level Cell) genügt oder eine SLC (Single Level Cell) notwendig ist, ist nicht einfach zu beantworten, denn hier spielen viele Faktoren eine Rolle«, erklärt Roger Griesemer, Head of Business Unit Flash Products der Swissbit AG. Prinzipiell kann zwischen zwei Profilen unterschieden werden: Einerseits »Extrem Data Retention«-Anwendungen, bei denen Daten vornehmlich gelesen und kaum geschrieben werden, andererseits schreibintensive »High Endurance«-Anwendungen, z.B. für Videoüberwachungskamera.

Eine »Extrem Data Retention«-Anwendung ist beispielsweise das Navigationssystem im Fahrzeug. Hier werden die Kartendaten theoretisch nur ein Mal auf die SD-Karte geschrieben, anschließend werden sie nur noch gelesen. Ähnlich verhält es sich, wenn die SSD (Solid State Disk) als reines Bootmedium oder Recovery Drive fungiert, z.B. bei Bankomaten. In diesen Fällen reicht MLC mit einer tieferen »Write Endurance« häufig aus. »In der Praxis kommen jedoch andere Einflussfaktoren hinzu«, gibt Griesemer zu bedenken. »So fordern Anwendungen in Fahrzeugen oft sehr hohe Einsatztemperaturen. Diese beeinträchtigen die Daten-Haltezeit sehr stark. Soll ein Gerät Daten auch bei hohen Temperaturen über Jahre hinweg zuverlässig halten, geht das nur mit speziellen Datenauffrisch-Methoden, welche die Firmware nach einem ausgeklügelten Bewertungsverfahren ausführt.« Oft benötigen solche Anwendungen dann SLC NAND, da die Auffrischverfahren auch die Endurance belasten. Dies gilt umso mehr, wenn es sich um keine rein lesende Anwendung handelt und wenn diese in einem nicht unterbrechungssicheren System betrieben wird, so dass der Speicher ein exzellentes Power-Fail-Verhalten aufweisen muss. Dies ist der Fall bei 99 Prozent aller sicherheitsrelevanten Anwendungen, z.B. im Transportwesen, in der Medizin, in Kommunikationsnetzwerken, Industriecomputern oder auch in der Automatisierung.

Ob eine MLC-Speicherlösung genügt, liegt auch an der Speicherdichte, der Controller-Technologie und den Firmware-Algorithmen. Bei größeren Bauformen, wie einer 2,5-Zoll-SATA-SSD mit Speicherdichten größer als 64 GByte, erfüllt qualitativ hochwertiger MLC-NAND-Flash oft die Anforderungen, da die Speicherzellenabnutzung über einen großen Bereich verteilt werden kann. Es empfiehlt sich jedoch, immer die Belastung der SSD zu verifizieren. Beispielsweise lässt sich über die S.M.A.R.T.-Werte und dem Design-In-Service von Swissbit eine voraussichtliche Lebenserwartung der SSD im Einsatz berechnen.

Bei geringeren Speicherdichten und kleineren Formfaktoren reicht eine MLC-Lösung jedoch meist nicht aus. Denn hier müssen die Daten auf weniger Speicherplatz verteilt werden und es können nicht so große, leistungsfähige Controller zum Einsatz kommen, so dass die Lebensdauer deutlich geringer ist. Dies macht häufig den Einsatz von SLC-NAND-Flash notwendig. »Vor allem, da die Qualität der MLC-NAND-Flash in den letzten Jahren stetig abgenommen hat. Die neuen MLC-Generationen erreichen nicht mehr dieselben Zuverlässigkeitswerte wie die Vorgänger. Denn der Kostendruck trifft ja nicht nur die Applikationshersteller, sondern auch die Speicherhersteller«, erklärt Griesemer. »So stellen wir fest, dass viele Kunden inzwischen ihre Spezifikationen strenger formulieren und Speicherqualität der vorletzten Generation oder SLC-Lösungen fordern, weil sie teilweise schlechte Erfahrungen mit heutigen MLC gemacht haben. Für sie wird es jedoch zunehmend schwieriger, qualitativ hochwertige Speicherlösungen zu bekommen.« Denn der Trend in den Massenmärkten geht weg von der SLC- hin zu MLC- und TLC-Flash-Technologien.

Betrachtet man die aktuelle Verteilung im Gesamtmarkt, liegt TLC bei rund 60 bis 75 Prozent, MLC bei 20 bis 35 Prozent und SLC bei 3 bis 5 Prozent. »Damit wird SLC und zunehmend auch MLC - vor allem in Industriequalität - zur Nische. Dementsprechend verabschieden sich immer wieder Anbieter vom Industriemarkt, - wie kürzlich Western Digital - und konzentrieren sich ausschließlich auf Server- oder Client-Anwendungen. Der Embedded-Markt ist für sie zu stark fragmentiert und damit zu aufwändig zu bedienen. Vor allem im Bereich der 2,5-Zoll-SSDs positionieren sich die Anbieter oft nicht eindeutig, so dass Kunden kaum beurteilen können, wer nun Industrielieferant ist und wer nicht.« Davon hängt nicht nur die Qualität der Produkte selbst ab, sondern auch, ob diese langzeitverfügbar sind, eine Fixed Bill of Material (BOM) existiert und es einen dezidierten PCN-Prozess gibt.

Swissbit hat sich als europäischer Speicherexperte und Hersteller von Speicherprodukten explizit auf den Industrie- und Embedded-Markt fokussiert. Weltweit gibt es nur noch wenige weitere Anbieter. »Allerdings bietet keiner ein so flexibles, kundenorientiertes Industrie-Portfolio«, merkt Griesemer an. Um die wesentlich geringeren Stückzahlen mit oft sehr spezifischen, höheren Anforderungen zu marktgerechten Preisen realisieren zu können, setzt Swissbit schon seit Jahren auf eine flexible Inhouse-Produktion in Deutschland. Erhebliche Investitionen hat der Speicherspezialist in sein technisches Beratungsteam und ein Planungs-Tool getätigt, das die effiziente Steuerung bei gleichzeitig erweitertem Qualitätsmanagement und verbesserter Qualitätssicherung gewährleistet.

Neben einem umfangreichen SLC-Portfolio bietet Swissbit für kostensensitive Anwendung interessante Lösungen zwischen SLC und Standard-MLC: Die EM-MLC-Variante (Endurance Managed Multi Level Cell) der 2,5-Zoll-SSD-Serie »X-500« erzielt dank speziell getesteter und selektierter MLC-Flash-Rohmaterialien eine drei bis zehnmal höhere Endurance als herkömmliche MLC bei gleich bleibender Data Retention. »Die EM-MLC-Speicher bieten ein äußerst attraktives Preis/Leistungs-Verhältnis (Kosten pro Gigabyte) und sehr hohe Datenzuverlässigkeit. Damit ist es die ideale Lösung für kostensensitive Industrieanwendungen, bei denen nicht sehr viel geschrieben wird, die aber trotzdem erhöhte Anforderungen stellen, z.B. einen erweiterten Temperaturbereich oder hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit sowie transparente Diagnosefunktionen«, so Griesemer.

Eine weitere, innovative Lösung ist eine MLC, die im »Reliable mode« (Zuverlässigkeitsmodus) betrieben wird: Sie verfügt über eine zehnmal höhere Schreib-Endurance bei lediglich verdoppelten Kosten. Diese ist bei Swissbit aktuell ausschließlich auf Projektbasis erhältlich. »Unabhängig davon, ob der Kunde eine SLC-Lösung oder eine unserer relativ neuen MLC-Modelle wählt, ist er bei Swissbit immer auf der sicheren Seite was die Qualität und eine niedrige Total Cost of Ownership (TCO) angeht«, erklärt Griesemer. »Dafür wählen wir ausschließlich hochwertige, industrietaugliche Materialien und Halbfabrikate aus, die wir strengen Qualitätsprüfungen unterziehen und mit neuesten Produktionsmethoden verarbeiten. Außerdem verwenden wir ausgeklügelte Firmware-NAND-Flash-Verwaltungsalgorithmen, um für größtmögliche Sicherheit und Zuverlässigkeit zu sorgen. Langzeitverfügbarkeit und etablierte PCN-Prozesse verstehen sich bei uns als Industrielieferant von alleine.«