Speicher für Fahrzeuge

Kein Datenverlust durch unerwartete Stromausfälle

6. April 2022, 7:30 Uhr | Autor: Ivan Chu, Redaktion: Irina Hübner
In Fahrzeugen sind SSDs, die schneller, robuster und zuverlässiger sind als HDDs. Doch auch bei ihnen kann es eine Unterbrechung der Stromzufuhr, zu Datenverlust oder Ausfall. Eine neue Technologie verhindert das.
© metamorworks/stock.adobe.com

Als Speichermedium in Fahrzeugen kommen meist SSDs zum Einsatz, da sie besonders schnell, robust und zuverlässig sind. Doch eine Unterbrechung der Stromzufuhr kann zu Datenverlust oder sogar zu einem Ausfall des Speichermediums führen. Apacer hat eine neue Technologie entwickelt, die das verhindert.

Wenn eine Solid State Drive (SSD) plötzlich zu wenig oder keinen Strom mehr erhält, kann die Programmierung der NAND-Blöcke unterbrochen werden, weil Daten während der Übertragung vom Host-System zur SSD verlorengehen. Das betrifft vor allem SSDs, die über einen DRAM-Schreibcache verfügen. Bei diesen Modellen speichert der Controller die vom Host geschriebenen Daten zuerst in diesem (flüchtigen) DRAM-Cache. Ist der Schreibvorgang abgeschlossen, geht ein Signal an den Host. Wird in diesem Moment die Stromzufuhr unterbrochen, sind die Daten verloren bevor sie vom DRAM auf den NAND-Flash verschoben werden konnten.

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Ein NAND-Flash-Speicher wird in der Regel seitenweise beschrieben. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, kann die in diesem Moment beschriebene Seite unlesbar werden
Bild 1. Ein NAND-Flash-Speicher wird in der Regel seitenweise beschrieben. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, kann die in diesem Moment beschriebene Seite unlesbar werden.
© Apacer

Eine weitere Folge eines Stromausfalls können unlesbare Seiten des NAND-Flashs sein. Ursache hierfür ist, dass die NAND-Flash-Programmierung üblicherweise aus mehreren Schreibvorgängen besteht, bei jedem Vorgang wird eine Seite eines Blocks beschrieben (Bild 1). Fällt während dieses Prozesses die Stromversorgung aus, wird die Seite, die in diesem Moment beschrieben wird, als ungültig und fehlerhaft gekennzeichnet. Ist die Stromversorgung wieder hergestellt, sind alle darauf gespeicherten Daten nicht mehr lesbar. Bild 1 zeigt dies beispielhaft für die Seite 4. Daten, die auf die anderen Seiten geschrieben wurden, sind nicht betroffen, weil sie bereits in die Flash-Chips geschrieben wurden als der Stromausfall passierte.
 
Zudem kann ein Stromausfall die Verknüpfungstabelle schädigen. Ihre Mapping-Informationen, etwa der DRAM-Schreibcache, werden zunächst in der Controller-Stufe zwischengespeichert. Erst danach werden sie in den Flash-Speicher geschoben, wo sie als »gehärtete« Informationen abliegen. Nach einem Stromausfall kann es passieren, dass Zuordnungsinformationen fehlen, sodass das Gerät beim nächsten Einschalten beschädigte Daten anzeigt und der Host keine gültigen Daten vom Gerät abrufen kann.

Kondensatoren schützen vor Datenverlust

Die CorePower-Technologie liefert eine Back-up-Stromversorgung, sodass bei einem Stromausfall trotzdem alle Daten sicher auf dem NAND-Flash abgelegt werden können
Bild 2. Die CorePower-Technologie liefert eine Back-up-Stromversorgung, sodass bei einem Stromausfall trotzdem alle Daten sicher auf dem NAND-Flash abgelegt werden können.
© Apacer

Damit die Datenintegrität von SSDs auch bei einem unerwarteten Stromausfall sichergestellt ist, hat Apacer CorePower entwickelt. Dabei erkennt ein Detect-IC den Ausfall und schickt ein Signal an den Controller, alle im Cache zwischengespeicherten Daten auf den NAND-Flash zu schreiben. Die hierfür nötige Stromversorgung liefern leistungsstarke Elektrolytkondensatoren, mit denen die SSDs ausgestattet sind. Die Energie reicht aus, um alle Daten sicher abzuspeichern (Bild 2).
 
Beim Einsatz in Fahrzeugen ist es immer auch entscheidend, dass der Datenspeicher einen weiten Temperaturbereich abdeckt. Dieser gilt genauso für die Elektrolytkondensatoren, sodass auch die CorePower-SSDs in einem breiten Temperaturspektrum zuverlässig arbeiten. Für besonders anspruchsvolle Einsätze kombiniert die SV250-300B von Apacer die CorePower-Technologie zudem mit einer hohen Kapazität und einer MIL-STD-810G-konformen robusten mechanischen Konstruktion.

 

Die Zukunft der Automotive-Speicher

Autonomes Fahren und Vernetzung stellen immer größere Herausforderungen an Speichersysteme im Fahrzeug. Im Herbst 2021 hat die Elektronik automotive zu diesem Thema gleich zwei Interviews mit Dr. Reinhard Weigl, Senior Director der Embedded Business Unit von Micron, geführt:

 

Ein Videosystem in Bussen

In einem digitalen Videorecorder für Busse kommen bereits SSDs mit der CorePower-Technologie zum Einsatz. Mithilfe des Recorders kann der Fahrer die Situation innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs in Echtzeit erfassen, inklusive der sonst toten Winkel.

Ursprünglich hat der Hersteller Festplatten (HDD) für seinen fahrzeuginternen Videorecorder getestet. Sie hatten jedoch eine hohe Ausfallrate, die häufig zu unvollständigem Datenzugriff führte. Die erforderliche Speicherung der Aufzeichnungen für 24 Stunden war durch eine instabile Spannung oder sogar Stromausfälle nicht immer gewährleistet. Zudem reichten die Qualität und Auflösung des Bildmaterials nicht aus.

Apacers Produktportfolio umfasst SSDs mit CorePower-Technologie in verschiedenen Formfaktoren
Bild 3. Apacers Produktportfolio umfasst SSDs mit CorePower-Technologie in verschiedenen Formfaktoren.
© Apacer

Deshalb entschied sich der Kunde dafür, die Festplatte durch eine industrietaugliche 3D-NAND-2,5-Zoll-SSD von Apacer zu ersetzen (Bild 3). Sie ist vor Instabilitäten der Systemspannung geschützt, zudem verfügt sie über die End-to-End-Data-Protection-Technologie. Dieser Fehlerprüfungsmechanismus erkennt und korrigiert Datenfehler in Echtzeit und erzielt dadurch eine sehr hohe Zuverlässigkeit während der Datenübertragung. Die SSD ist für einen weiten Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C ausgelegt. Für sehr starke Temperaturschwankungen oder Hitze kann sie außerdem mit einem Wärmesensor versehen werden, der ihre Temperatur in Echtzeit überwacht und so das Risiko einer Überhitzung nochmals verringert

 

Der Autor

 

Ivan Chu von Apacer
Ivan Chu von Apacer
© Apacer

Ivan Chu

ist Marketing Manager bei Apacer Technology. Seit rund 15 Jahren ist er in der Computerhardware-Branche tätig, davon zehn Jahre bei Apacer. Er verfügt über Erfahrung sowohl in der Produktentwicklung als auch im Marketing. In der Apacer-Zentrale in Taiwan leitet er ein Team für digitales Marketing und Werbung, das die internationalen Vertriebsbüros unterstützt. Dabei kombiniert er technologisches Fachwissen mit einem geschäftsorientierten Ansatz.

 


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