Die iSLC-Technik von Innodisk

Kostengünstige SSDs für die Industrie

8. Dezember 2020, 10:20 Uhr | Heinz Arnold

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Problem sind Fehlerbits

Ein weiteres grundlegendes Problem sind Fehlerbits. Sie treten auf, wenn äußere magnetische oder elektrische Störfelder ein oder mehrere Bits kippen lassen, also von 1 auf 0 ändern oder umgekehrt. Steigt die Anzahl der Bits pro Zelle und nimmt die Zellengröße ab, so erhöht sich das Risiko für Fehlerbits. Obwohl sich die Fehler über den Fehlerkorrekturcode (ECC) beheben lassen, wirkt sich die aufwändige Fehlerkorrektur doch negativ auf die Leistungsfähigkeit aus. Eine niedrigere Fehlerbitrate ist gleichbedeutend mit einer leistungsfähigeren SSD. Für den durchschnittlichen Verbraucher macht es nichts aus, wenn die Leistungsfähigkeit durch die umfangreichere Fehlerkorrektur sinkt. Auch die Lebensdauer reicht für den Alltagsgebrauch aus – und die Preise bleiben erschwinglich. Das trifft aber nicht auf die Anforderungen zu, die Einsätze in Enterprise- und industriellen Umgebungen stellen: Sie fordern eine viel höhere Anzahl an P/E-Zyklen und auch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit sind höher. Deshalb können MLCs in solchen Umgebungen häufig nicht verwendet werden.

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Weil SLCs nur ein Bit pro Zelle speichern, sind sie fehlertoleranter als MLCs. Gleichzeitig können sie viel mehr Schreib-Lösch-Zyklen unterworfen werden als MLCs, bevor sie ausfallen. Deshalb erhöht sich die Lebensdauer von SLC-Flash-ICs – was sie für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen geeignet macht. Weitere wichtige Unterschiede zwischen SLC und MLC sind Lese-, Schreib- und Löschzeiten und die Behandlung von Fehlerbits (siehe Tabelle).

Wie in der Tabelle angegeben, erreichen SLCs nicht nur eine höhere Geschwindigkeit, sondern auch eine niedrigere Rohbitfehlerrate (RBER). Sie ist definiert als die Anzahl der falsch geschriebenen Bits. Dazu ein Beispiel: Wenn die Eingabesequenz 01 01 01 01 als 01 11 11 01 geschrieben ist, sind zwei Fehlerbits in einer Folge von acht Bits aufgetreten. Das entspricht einer RBER von 0,25 oder 25 Prozent. Aus dieser Sicht ist ein SLC-NAND-Flash genau der richtige Speicher für den Einsatz in der Industrie und Unternehmensumgebungen. Wären da nicht die hohen Kosten. Genau das macht die MLCs so beliebt: ihr günstiger Preis. Deshalb entwickeln die MLC-NAND-Hersteller Produkte mit immer größerer Kapazität. Allerdings sinken damit Zuverlässigkeit und Lebensdauer (Bild 1). Weil die NAND-Flash-Technologie von 3X nm auf 1X nm schrumpft, benötigen Hersteller höhere ECC-Fähigkeiten, um die Abnahme der Zuverlässigkeit und Lebensdauer auszugleichen.

Folglich wäre es ideal, wenn die iSLC-Leistung der von SLC-Flash entspräche, während die Kosten denen der MLCs nahekämen. Genau daraufhin hat Innodisk die iSLC-Technik optimiert. Was damit erreicht werden kann, zeigt ein Beispiel (Bild 2) in Hinblick auf die Lebensdauer: Werden pro Tag zehn vollständige Festplatten einer 32-GB-SSD beschrieben, hält das iSLC-Gerät 5,5 Jahre. Dies ist sieben Mal länger, als wenn sie aus MLCs aufgebaut wäre, die kein volles Jahr Betriebszeit bis zum Ausfall erleben würden. iSLCs bietet also ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Preis und Leistung. Mit der erhöhten Anzahl von P/E-Zyklen wird die Produktlebensdauer auf das Siebenfache ähnlicher MLC-Geräte erhöht, während die Leistung das Niveau von SLC Flash erreicht. All diese Faktoren machen iSLC zu kostengünstigen Flash-Speichern für den Einsatz im High-End-Industrie- und Embedded-Umfeld.