Controller für Flash-Drives USB 3.1 im Industrie-Einsatz

USB-Flash-Drives gehören zu den beliebtesten Formfaktoren für Wechseldatenträger – zunehmend auch im Embedded- und Industriebereich. Diese zertifizierte Schnittstelle ist im Feld höchst kompatibel und ist sehr robust. Was bietet in dieser Hinsicht »USB 3.1 SuperSpeed« Neues?

Neben Zuverlässigkeit und Datenerhaltung rückt auch die Geschwindigkeit von Schreib- und Lesevorgängen ständig weiter in den Fokus. USB-2.0-Lösungen sind bei etwa 25 MByte/s limitiert, was nicht für alle Applikationen ausreicht. In-Car-Infotainment, Gaming oder Netzwerkkommunikation sind Beispiele für Märkte, die hohe Transferraten und sehr niedrige Zugriffszeiten beim Lesen erfordern. Weiterhin beeinflussen Zugriffsmuster die Lebenszeit der Flash-basierten Speichersysteme signifikant. Speziell USB-Massenware fällt in Anwendungen schnell aus, in denen kleine Einheiten unregelmäßig geschrieben oder gelesen werden. Applikationen in industriellen Anwendungen und basierend auf Embedded-Echtzeitbetriebssystemen (RTOS) sind hier häufig betroffen.

Um die Anforderungen auch dieser Märkte zu bedienen, hat Hyperstone mit dem U9 ein weiteres Produkt aus der NAND-Flash-Controller-Familie vorgestellt (Bild 1). Der Engpass von USB 2.0 war bisher eher die USB-Schnittstelle des Systems, weniger die Schnittstelle zum Flash. Mit dem U9-Controller mit zwei NAND-Flash-Kanälen und bis zu acht anschließbaren Flash-Bausteinen ist eine sequenzielle Schreibgeschwindigkeit bis zu 150 MByte/s und eine Lesegeschwindigkeit bis zu 200 MByte/s möglich.

Der Controller profitiert von dem Flash-Management »hyReliability«, das ein essenzieller Bestandteil aller Controller des Unternehmens ist (Bild 2). Zusätzlich ermöglicht die aktuelle Firmware »hyMap« viel höhere Geschwindigkeiten bei zufälligen, unregelmäßigen Schreibzugriffen und verlängert die Lebensdauer des Speichermediums. Darüber hinaus arbeitet Hyperstone an einem sogenannten API inklusive Bibliothek, das Produktentwickler in die Lage versetzen soll, bedeutende Alleinstellungsmerkmale durch individuelle Firmware Erweiterungen zu generieren. USB 3.1 Gen 1 ist die offizielle Bezeichnung dieser Schnittstelle, weitläufig bekannt ist sie jedoch als USB 3.0 (5 Gbit/s). Das aktuellste USB-Interface ermöglicht derzeit 10 Gbit/s und heißt offiziell USB 3.1 Gen 2.

Verschiedene NAND-Flash-Technologien (SLC, MLC, TLC, 3D NAND etc.) haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften und Anforderungen bezüglich der Handhabung. Aus Kostengründen werden die verwendeten Prozesstechnologien immer kleiner, was zur Folge hat, dass sich die Datenerhaltung sowie die Langlebigkeit, gemessen in Schreib/Lesezyklen, erheblich verschlechtern. Die Zuverlässigkeit von sehr günstigen Produkten kommt daher unter Umständen schnell an ihre Grenzen. Gerade in anspruchsvollen Industriebereichen müssen Zuverlässigkeit und Power-Fail-Sicherheit gewährleistet sein, da Ausfälle erhebliche Kosten nach sich ziehen.