Flash-Summit 2018

Flash braucht produkttechnische Konsolidierung

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Dr. Jürgen Ehneß

Wachsende Speicherkapazitäten: An NAND-Chips führt kein Weg vorbei
Wachsende Speicherkapazitäten: An NAND-Chips führt kein Weg vorbei (Bild: © profit_image - stock.adobe.com)

Die Speicherkapazitäten pro NAND-Chip wachsen unaufhörlich. Breitbandigere Schnittstellen sind unverzichtbar. SATA- und SAS-Interfaces, wie sie noch bei SSDs und Festplatten benutzt werden, führen jedoch in die Sackgasse. Doch auch alternative Steckplatinen wie M.2, die PCIe nutzen, sind nicht der Weisheit letzter Schluss. Auf dem Flash-Summit 2018 wurde deutlich, dass ein neuer Speichergeräte-Formfaktor mit einem industrieweiten Bekenntnis zu PCIe+ überfällig ist.

Die Halbleiterindustrie hat in diesem Jahr nach Ansicht von Marktbeobachtern wie Bloomberg und DRAM Exchange „schwere Zeiten“ vor sich. Es dreht sich um die Frage, ob sich mit Produktionsverknappung die Gewinnmargen hochhalten lassen.

Schon werden Preisreduktionen von 15 bis 20 Prozent von großen Herstellern debattiert, die durch die sinkende Nachfrage im Bereich Smartphones und bei Kryptominern wie auch durch die bevorstehende Ausweitung von Flash- und DRAM-Produktionskapazitäten in China notwendig werden könnten. Intel, Qualcomm und Texas Instruments machten 50 Prozent ihres Umsatzes in China, schreibt Spiegel Online.


Die Branche hofft verständlicherweise auf technische Innovationen durch 5G, Smart-Home und das Internet der Dinge (IoT). Doch die Gemengelage ist nicht nur wirtschaftlich, sondern auch technologisch unübersichtlich.

Steigende Chipkapazität

Am NAND-Speicherchip für die Massendatenhaltung führt derzeit kein Weg vorbei. Nach der Triple-Level-Cell (TLC = acht Ladungszustände) drücken Chiphersteller 2019 die Quad-Level-Cell-Technik (QLC = 16 Ladungszustände) in den Markt. Speichert ein 96-Layer-TLC-Dies nun 512 Gbit Datenvolumen so passen beim QLC-Nachfolger laut Samsung bei den 64-Layer-QLC-Dies 1 Tbit in den einzelnen Layer, was 33 Prozent mehr Daten entspricht.

Die QLC-SSD wird dem Konsumenten bis zu 4 TB Datenspeicher bieten und für weitere Preisreduktionen sorgen. TLC-SSDs sollen Mitte des Jahres mit 2 TB Speicherkapazität ausgeliefert werden. Das anvisierte Preisziel liegt bei 20 Cent pro GB.

Konkurrierende Chiptechnologien liegen abgeschlagen zurück. ReRAM von Sony jagt nach Angaben von Amigo Tsutsui von der Sony Semiconductor Solutions Corp. der PCM-Technik hinterher. Doch während Phase Change Memory (PCM) in Form von Intels Optane-Beschleunigerkarten schon käuflich ist, ist man bei Sony noch bei Machbarkeitsstudien. Intel selbst unternimmt derweil einen neuen Anlauf, um den schnellen Optane-Speicher als Cache mit QLC-Flash zu kombinieren. Vielleicht kommt so der Preis auf ein konkurrenzfähiges Niveau.

Hohe Speicherkapazitäten sollten mit hohen Transferraten Hand in Hand gehen. Das Bedürfnis versucht auch die SD Association zu bedienen. Die Schnittstelle der SDXC-Speicherkarte, die bis 2 TB Bruttokapazität ausgelegt ist, ist einfach zu langsam. Aktuell arbeiten SDXC-Karten mit 95 MB pro Sekunde, 300 MB/s sind angedacht.

Beschleunigte Kopiervorgänge

Um einen vollständigen Karteninhalt zu kopieren, wären mit der verfügbaren Transferrate etwa acht Stunden Übertragungszeit einzuplanen. Für Foto- und Video-Blogger mit 4k-Passionen ein echtes Ärgernis. Abhilfe tut Not.

In der nächsten SD-Generation wird deshalb eine PCIe-x1-Schnittstelle für beschleunigte Kopiervorgänge sorgen. Zusammen mit einem NVMe-basierenden Protokoll, das über UHS-2 (Ultra High Speed) gesteuert wird, soll bei der SD-7.0-Spezifikation die Geschwindigkeit auf bis zu 985 MB/s gesteigert werden. 2 TB wären damit unter 40 Minuten zu übertragen. Allerdings hinkt die Transferrate den Absichtserklärungen des neuen 7er-Standards mit einer „Ultra Capacity“ (SDUC) von 128 TB in absehbarer Zukunft schon jetzt weit hinterher. Um die Anwender nicht mit neuem Equipment zu konfrontieren, ist die Schnittstelle abwärtskompatibel mit UHS-1 konzipiert.

Neuer Formfaktor mit Potenzial

Die übliche Verdopplung der Speicherkapazität bei jeder neuen Generation hat dazu geführt, dass die Chipfläche wachsen musste. Das M.2-Steckkartenformat hat damit für Enterprise-Speichersysteme keine Bedeutung und wurde kurzerhand von Samsung durch das breitere M.3-Format ersetzt.

Auf die M.3-Karten für das 2U-Gehäuse passen in Kürze bis zu 16 TB. Doch die dazugehörige „PCIe x4 Gen3“-Schnittstelle beschränkt die Transportgeschwindigkeit auf maximal 4 GB/s. Und M.3 ist zudem ein herstellerspezifischer „Standard“.

Intel preschte 2017 mit dem „Ruler“-Format vor und warf damit die Frage nach einem zukunftsoffenen Gerätestandard für Speichersubsysteme auf, der abwärtskompatibel sein sollte. Inzwischen kann man auf der Webseite EDSFFspec.org die Spezifikationen des „Enterprise and Datacenter SSD Form Factors“ nachlesen. Zu den Organisatoren gehören neben Intel die Firmen Dell EMC, HPE, Facebook, Lenovo, Microsoft und Samsung. Diverse weitere Mitstreiter gibt es auch schon.

EDSFF setzt auf das Steckerkonzept SFF-TA-1002 von Gen-Z das PCIe Gen3, 4 und 5 unterstützt. Vorerst sind nur acht von 16 maximal möglichen Lanes bei vertikalen Bauhöhen für 1U-Gehäuse vorgesehen, die anscheinend aber auch auf 2U und 4U erweiterbar sind. Die Transferrate könnte so bis auf 64 GB/s gesteigert werden und Gen-Z schon mal über die Zeit danach nachdenken.

Universale Schnittstelle

Das Konzept wird als universale Hot-pluggable-Schnittstelle für Hauptspeicher, Massenspeicher und I/O-intensive Protokolle beworben, das als „Building-Block“ für unterschiedlichste Platzbedürfnisse die Marktfragmentierung bei Massenspeicherschnittstellen beenden könnte und zudem die Signalisierung von PCIe versteht. Die Stromzufuhr erfolgt über eine 12-Volt-Versorgung. Die Kühlung soll sich vereinfachen.

Intels erstes Produkt im Ruler-Format ist die DC P4500, die Anfang 2018 in den Markt eingeführt wurde und 8 TB Kapazität aufweist. Doch das technischen Produktmerkmal „32-Layer-3D-NAND-TLC“ zeigt, dass das Speichervolumen längst nicht mehr dem Stand der NAND-Technik entspricht. Im Vergleich dazu packte Samsung in die Massenspeicher-SSD PM1643 zum Einführungszeitpunkt schon 30 TB (64 Lagen 3D-NAND-TLC) in ein ähnliches Volumen. Inzwischen ließen sich mit den neuesten NAND-Chips noch mal 50 Prozent mehr Speicher unterbringen.

Fazit

Flash als Speichermedium ist nicht mehr wegzudenken. Preise von 200 Euro pro Terabyte sind zwar nicht billig, klingen aber auch nicht mehr unbezahlbar, wenn es um den schnellen Datenzugriff auf primäre Daten geht.

Anders sieht es mit Gehäuseeinschüben aus, die häufig noch hybrid mit Festplatten und SSDs bestückt werden. Hier passen weder die Bandbreite noch die produktspezifischen integrierten Controller zu einer offenen Lösung. Alternativen mit Flash-Modulen wie bei Pure Storage und IBM sind herstellerspezifische Konzepte.

Für die nähere Zukunft wird deshalb eine Roadmap benötigt, wie externe Gehäuseeinschübe konzipiert sein müssen, damit die Anwender eine Chance auf den Einsatz innovativer respektive preiswerte Speicherprodukte haben und der Vendor-Lock-in vermieden werden kann.

Kommentare werden geladen....

Was meinen Sie zu diesem Thema?

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 45741755 / Halbleiterspeicher)