2-Bit-Nand-Flash erreicht Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von SLC

Smarte Software macht preiswerte MLC-Technik standhafter

| Redakteur: Rainer Graefen

Mit ein wenig Intelligenz ausgestattet lässt sich die Lebensdauer von Flash-Zellen erheblich verlängern.
Mit ein wenig Intelligenz ausgestattet lässt sich die Lebensdauer von Flash-Zellen erheblich verlängern. (Smart Storage Systems)

Das größte Problem von Solid State Drives will Smart Storage Systems gelöst haben: die Wiederbeschreibbarkeit. Eine intelligente Software im SSD-Controller berücksichtigt die spezifischen "Lebensumstände" der Flash-Speicherzellen und ihre Umgebungsparameter. So werden aus empfindlichen Flash Cells echte Dauerläufer.

"Making NAND better", heißt ein Whitepaper von Smart Storage Systems. Die Flash-Zellen mit NAND-Gattern lassen sich allerdings nicht verbessern, das Gegenteil ist der Fall. Mit jeder weiteren Verkleinerung der Chipstrukturen, von 22 auf 19 Nanometer beispielsweise, wird das Floating Gate immer empfindlicher.

Im Floating Gate werden die Ladungen gespeichert, mit denen man bei Standard-MLC-Zellen mit 2 Bit bis zu vier verschiedene Ladungszustände unterscheiden kann. Jedes Umprogrammieren dieses Ladezustandes, das so genannte Schreiben, belastet und verändert die das Floating Gate umgebenden Sperrschichten. Fehler in der Speicherzelle müssen mit aufwendigen Fehlerkorrekturverfahren beseitigt werden.

Mehr Haltbarkeit für weniger Geld

Die zum Beschreiben notwendige, höhere Programmierspannung zerstört eine MLC-Zelle nach durchschnittlich 3.000 Zyklen, eine eMLC-Zelle nach 30.000 Zyklen und eine SLC-Zelle nach 100.000 Zyklen. Mit jeder Strukturverkleinerung auf dem Chip sinken diese Werte. Aus der jeweiligen Flächendichte, Performance und Technik erklären sich die unterschiedlichen Preise, die bei älterer MLC-Technik schon unter die Marke von ein Euro pro Gigabyte gerutscht sind, bei SLC-Technik allerdings bei zehn- bis fünfzehn Euro pro Gigabyte liegen können.

Bei Smart Storage Systems hat man diese Marktlücke erkannt und die Programmierung der preiswertesten 2-Bit-MLC-Plattform so verändert, dass Schreibzyklen erreicht werden, die denen von SLC nicht nachstehen sollen. Konkrete Preise wollte Esther Spanjer, Director für SSD Technical Marketing bei SMART Storage Systems, zwar nicht verraten, aber ihre Präsentation legte nahe, dass die Enterprise-Produkte der Optimus-Ultra-Linie zu etwa einem Drittel des SLC-Preisniveaus auf den Markt kommen werden.

Der Schreibwächter

Die Guardian Technology Plattform ermöglicht den (berüchtigten, die Red.) Quantensprung bei der Flash-Management-Technologie, wirbt das Unternehmen. Mit der Guardian Technik sei es möglich, SSDs auf MLC Flash-Basis herzustellen, die weniger als einen Capacity Write pro Tag bis hin zu 50 vollständigen Capacity Writes pro Tag über einen Zeitraum von fünf Jahren leisten können.

Dass mittels der Guardian-Technik bis zur 50fachen Kapazität der SSD pro Tag geschrieben werden können, erreicht Smart durch mehrfache, dafür allerdings nicht so spannungsintensive Schreibimpulse.

Das belastet die Flash-Zelle weniger und kann auch noch mit Umweltparametern wie der Temperatur und dem Alter oder der mehr oder weniger guten Struktur der Zelle kombiniert werden, so dass hier die längstmögliche Beschreibbarkeit der Zelle erreicht wird.

Bei den obigen Angaben ist jeweils eine Lebensdauer von 5 Jahren unterstellt und eine Fehlerrate, die sogar um den Faktor zehn besser ist als diejenige von Enterprise-Class-Festplatten, die 10^-16 erreichen.

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