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Controller für Flash-Drives

USB 3.1 im Industrie-Einsatz

29. Februar 2016, 10:47 Uhr | Ralf Higgelke

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Erweiterte Fehlerbehandlung

Power-Fail-Sicherheit muss in allen Systemen gewährleistet sein, die eine zuverlässige Datenspeicherung erfordern, aber von plötzlichen Stromausfällen im laufenden Betrieb betroffen sein können. Enthält das Speichermedium Programm- oder Konfigurationsdaten, kann ein Datenverlust oder gar ein Ausfall des Systems enorme Kosten verursachen.

Im Gegensatz zu den meisten SSD-Controllern, die vergleichbare Werte bezüglich Geschwindigkeit und Langlebigkeit erreichen, benötigen Controller von Hyperstone keine externen Speicherkomponenten, um Mapping und FTL-Metadaten (Flash Translation Layer) zu sichern. Um externes DRAM zuverlässig gegen Stromausfall zu schützen, bedarf es zusätzlicher Stromquellen in Form von Batterien oder Supercaps, um Power-Fail-Sicherheit zu garantieren. Neben hohen Kosten, zeigen solche Lösungen langfristig Schwachstellen in Qualität, Abnutzung und Datenerhaltung.

Erweiterte Fehlerbehandlung

Abhängig vom Flash, muss der Controller eine bestimme Anzahl von NAND-Flash-Fehlern korrigieren können. Hyperstones U9 korrigiert bis zu 96 Bit-Fehler pro 1 KByte Dateneinheit. Während eines Lesevorgangs kann der Baustein anhand der ECC-Informationen den Qualitätsverlust der gespeicherten Daten erkennen. Daraufhin korrigiert er falsche Daten und liefert korrekte Daten an den Host. Sobald ein vorher bestimmter Wert an zu korrigierenden Fehlern auftritt, wird der komplette Block neu geschrieben, ohne die Gesamtleistung des Speichersystems zu beeinträchtigen. Dieses sogenannte »Near-Miss ECC«-Feature ist standardmäßig im U9 enthalten.

Für das Auftreten von Bitfehlern gibt es die verschiedensten Gründe. Datenalterung und Fehler beim Programmieren der Daten (Program Disturb) sind allgemein bekannte Phänomene, aber auch häufige Lesevorgänge beeinträchtigen die Datenqualität. Um den Flash-Speicher vor sogenannten Read-Disturbs zu schützen, hat Hyperstone einen Algorithmus entwickelt, der regelmäßig (den Auslöser kann man konfigurieren) die Daten auf dem gesamten System überprüft. Abhängig vom auftretenden Fehlermuster werden die Daten der einzelnen Blöcke bestimmter Bereiche oder gar des Gesamtsystems aufgefrischt. Die Firmware des U9 analysiert das aufgetretene Fehlermuster, um die Daten bestmöglich zu erneuern, ohne den Speicher unnötig abzunutzen. Auf diese Weise lässt sich die längst mögliche Lebensdauer, Datenerhaltung sowie die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems gewährleisten.

Kann die Fehlerkorrektur Fehler, die während des Lesevorgangs aufgetreten sind, nicht korrigieren, wird das Sicherheitsfeature namens »Read Retry« aktiviert. Diese Funktion kann unlesbare Daten retten, indem die Speicherzellen wiederholt mit unterschiedlich definierten Schwellwerten gelesen werden. Durch Adaptieren der Leseparameter erhöht sich daher die Datenerhaltung auf dem Flash.

Gerade genannte Funktionen machen es möglich, Daten zum jeweiligen Zustand des NAND-Flash-Speichers zu erhalten. Wichtige Parameter bezüglich Abnutzung und Löschzyklen, Bitfehler-Mengen oder die Anzahl der Lesevorgänge geben Hinweise zum Zustand des Speichers und ermöglichen so die Entscheidung, ob gehandelt werden muss oder ob das System weiterhin fehlerfrei funktioniert. Ein »Smart Tool« hilft dem Anwender, das System (fast) bis zum Ende der Lebensdauer einzusetzen, auszulegen und gegebenenfalls einen Serviceplan entsprechend anzupassen.