Die Zukunft von Flash ist nicht zweidimensional

Alternative Halbleitertechniken haben es schwer

| Autor / Redakteur: Hermann Strass, Rainer Graefen / Rainer Graefen

Moderne Halbleiterbauelemente erreichen heute Strukturgrößen von nur wenigen Atomabständen.
Moderne Halbleiterbauelemente erreichen heute Strukturgrößen von nur wenigen Atomabständen. (Grafik: Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik)

Große Speichersysteme auf Basis von Flash-Chips sind noch relativ neu. Und Flash-Speicherzellen sind schon durch kleine Eingriffe verbesserungsfähig. Das ist die Basis von permanenten „bahnbrechenden“ Neuigkeiten. Doch die Forschungslabors mancher Hersteller haben besseres in petto, wenn denn die Fertigungsgiganten mitspielen würden.

Flash steht im Wettbewerb mit nachdrängenden Ersatztechnologien, die teilweise nur noch auf den Ritterschlag der Marktfähigkeit warten. Auffällig ist, dass der Elektronenspeicher der Flash-Technik auf Dauer durch die altbewährte Magnettechnik abgelöst wird.

Obwohl die technischen Parameter der Flash-Verdränger mehr als vielversprechend sind, wird sich die Markteinführung wahrscheinlich um weitere zehn Jahre verzögern, da eine komplette vertikale Fertigungsindustrie mit Milliardeninvestitionen umgestellt werden müsste. Eine schleichende Umstellung mit geringerem Risiko hat insofern die größte Wahrscheinlichkeit.

Flash-Technik ist noch vielfältig formbar

Es gibt sehr viele Parameter in der Flash-Technik, die je nach den gewünschten Leistungsdaten veränderbar sind. Wird beispielsweise in MLC-Systemen der Aufwand für Fehlerkorrektur erhöht, dann wird die Anzahl der möglichen Programmier-/Löschzyklen (Endurance) deutlich verbessert, obwohl der Chip nicht besser ist.

Das geht aber auf Kosten von Geschwindigkeit und Speicherplatz. Die Zugriffs- oder Latenzzeiten können virtuell ebenfalls stark verändert werden. Bei MLC-Varianten gibt es schnelle (Fast Pages) und langsame (Slow Pages), bei TLC auch mittelschnelle Speicherseiten (Medium Pages).

Das kann in der Steuerung im Chip oder im System genutzt werden, um Daten gezielt so zu verteilen, dass schnell verfügbare Daten in schnellen Seiten gespeichert werden, oder alternativ so gespeichert wird, dass ein günstiger Mittelwert erzielt wird.

Eine andere Variante sperrt alle langsamen Seiten, wodurch beispielsweise ein MLC-Speicher im Datenblatt als sehr schnell dargestellt werden kann. Allerdings wird dadurch die Gesamtkapazität oft bis auf die Hälfte reduziert. So kann ein möglicherweise preisgünstig herstellbarer MLC-Speicher fast zum Preis eines schnellen SLC-Speichers verkauft werden.

Preiswürdigkeit ist eine trickreiche Spezifikationsfrage

Eine andere Variante erklärte Violin Memory vor kurzem in einem Whitepaper. Das Unternehmen könne dem Kunden die höheren Kosten von eMLC ersparen, wenn man die Spezifikation von MLC so verändere, dass die sichere Datenhaltung ohne Stromzufuhr von den üblichen zwölf Monaten auf drei Monate reduziert würde. Statt des Prefixes „e“ bekommt der Anwender dann ein „v“ vor das MLC und darf sich über die innovative Preiswürdigkeit freuen.

Und die Menge des Reservespeichers (Hidden Memory, Over-Provisioning) ist ein seit langem genutzter Parameter, der Consumer von professionellen Produkten unterscheidet. Ausreichernder Reservespeicher ist vielfältig nutzbar, um zum Beispiel Geschwindigkeit und Haltbarkeit auf die gewünschten Größenordnungen zu trimmen. So kann man auch Speicherbereiche in einem Triple Level Cell Flash abgrenzen, diesen als Single Level Cell betreiben und für das Caching einsetzen.

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