Flash-Speicher
Welcher Typ für welche Anwendung?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Zuverlässiger NAND-Flash-Speicher
Beim NAND-Flash-Speicher gibt es zwei verschiedene Technologien: MLC (Multi-Level Cell) und SLC (Single-Level Cell). MLC-NAND-Flash speichert zwei Datenbits pro Speicherzelle und bietet damit höhere Speicherdichten um den Preis einer niedrigeren Zuverlässigkeit. MLC-NAND-Flash ist der Speichertyp, der in heutigen Smartphones, Tablets und Mediaplayern eingesetzt wird, um die größtmögliche Speicherkapazität zu geringsten Kosten zu erreichen. Die Zuverlässigkeit ist bei diesen Geräten nicht besonders wichtig, da die meisten Verbraucher sie innerhalb von ein bis zwei Jahren durch ein neues Gerät ersetzen.
Im industriellen Bereich, in dem viele Anwendungen sicherheitskritische Systeme steuern, die an sieben Tagen in der Woche rund um die Uhr in Betrieb sind, ist eine hohe Zuverlässigkeit äußerst wichtig. Für derartige Anlagen ist der zuverlässige SLC-NAND-Flash-Speicher besser geeignet als MLC-NAND-Flash. Bei SLC-NAND-Flash-Speicherbausteinen beträgt die angegebene Lebensdauer gewöhnlich 100.000 Schreib-/Löschzyklen beim Betrieb mit 4-bit-ECC.
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Die Datenerhaltung wird üblicherweise mit zehn Jahren angegeben. Für MLC-NAND-Flash liegt die Nennlebensdauer gewöhnlich unter 5000 Schreib-/Löschzyklen, sodass die Entwickler industrieller Anlagen die Bedürfnisse ihrer Anwendung gut verstehen sollten, bevor sie entscheiden, welchen Typ von NAND-Flash sie in ihrem System einsetzen wollen. Mit schrumpfenden Strukturbreiten des Herstellungsprozesses sinkt auch die Lebenserwartung der Flash-Speicherbausteine (Bild 2). Das gilt sowohl für SLC- als auch MLC-Zellen.
Für die Entwickler von Industrieanlagen ist die Frage der Zuverlässigkeit der Datenspeicherung eine kritische Frage. Dabei beschränkt sich die Qualität nicht nur auf die Lebensdauer und die Datenerhaltung. Für Hersteller von NAND-Flash ist es ebenso wichtig, Prozesse nach dem Industriestandard zu implementieren, um zu gewährleisten, dass ihre Kunden qualitativ hochwertige Produkte erhalten. Bei Cypress sind die Prozesse zur Qualitätssicherung unternehmensweit implementiert und mit Hilfe von Zertifizierungen wie ISO 9001:2008, ISO/TS 16949:2009, ISO 14001:2004 und OHSAS 18001:2007 validiert.
Die Qualität wird bei Cypress vierteljährlich gemessen und die entsprechenden Berichte werden unter www.cypress.com/support/quality-reliability veröffentlicht.
Cypress bietet auch Produkte mit AEC-Q100-Zertifizierung an, die den Anforderungen im Automotive-Bereich entsprechen. Auch wenn diese Zertifizierung für die Hersteller von Industrieanlagen meistens nicht erforderlich ist, ist sie dennoch ein Beleg für die Qualität der SLC-NAND-Flash-Produkte von Cypress. Cypress ist seit langer Zeit ein eingeführter Lieferant der Automobilindustrie, der ihre strengen Anforderungen mit Ausfallraten unter 10 ppm erfüllt.
Umgebungsbedingungen und Lebensdauer
Auch wenn der Anwender sich von der Zuverlässigkeit und Qualität einer SLC-NAND-Flash-Familie überzeugt hat, muss er noch überprüfen, ob sie die besonderen Anforderungen an industrielle Produkte erfüllt. Industrielle Geräte werden häufig unter schwierigen, gefährlichen oder anderweitig extremen Betriebsbedingungen eingesetzt. Daher können z.B. SLC-NAND-Flash-Bausteine von Cypress für zwei verschiedene Betriebstemperaturbereiche spezifiziert werden: –40 °C bis +85 °C oder –40 °C bis +105 °C. Die höhere maximale Betriebstemperatur von 105 °C ist eine beliebte Wahl, da sie dem Anwender eine hohe Reserve über die erwartete Spitzentemperatur im Betrieb hinaus bietet.
Die zweite wichtige Anforderung bei industriellen Anlagen ist die Produktlebensdauer der Komponente. Industrielle Produkte werden häufig sehr viel länger eingesetzt als Produkte der Unterhaltungselektronik, und eine längere Lebensdauer hilft den Anwendern, das Risiko einer Überarbeitung des Board bei Abkündigung einer Komponente zu vermeiden. Um diese geforderte längere Lebensdauer abzudecken, bietet Cypress ein „Flash Memory ¬Products Longevity Program“, das für bestimmte SLC-NAND-Produkte eine Mindestproduktlebensdauer von fünf Jahren ab dem Datum der ersten Einführung garantiert.
Eigene Auswahlkriterien klar benennen
Endverbraucher-Anwendungen tolerieren ein niedrigeres Zuverlässigkeitsniveau, ohne die Benutzererfahrung zu beeinträchtigen. Für diese Anwendungen ist der Einsatz von MLC-NAND-Flash-Standardbausteinen die kosteneffizienteste Wahl.
Für industrielle Anwendungen ist MLC-NAND-Flash jedoch meist nicht geeignet. Hier ist der zuverlässige SLC-NAND-Flash-Speicher häufig die bessere Technologie. Die Auswahl eines Flash-Bausteins beschränkt sich jedoch nicht auf die Entscheidung für SLC- oder MLC-NAND – erfolgskritische industrielle Anwendungen verlangen nachweisbare Qualität und die Fähigkeit, unter extremen Betriebsbedingungen zu arbeiten. Zum Glück gibt es gleich mehrere Parameter, nach denen Geräteentwickler Bausteine und Lieferanten von SLC-NAND-Flash für industrielle Anlagen bewerten können. Mit ihrer Hilfe können die Anwender fundierte Entscheidungen treffen, die ihren Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit entsprechen.
Der Autor
Ashish Patel
ist Produkt Marketing Manager bei Cypress Semiconductor. Er hat ein Bachelor-Diplom als Ingenieur des „Cal Poly“, San Luis Obispo. Seit über 15 Jahren arbeitet er in der Speicherbranche.
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