DRAM- und Flash-Produkte

Speicher für das Internet der Dinge und Industrie 4.0

| Autor / Redakteur: Gerd Kucera / Tina Billo

ATP bietet Speicherlösungen für die Automatisierungstechnik an, die starken Spannungsschwankungen, hohen Temperaturen, Stößen, Vibrationen und Feuchtigkeit standhalten.
ATP bietet Speicherlösungen für die Automatisierungstechnik an, die starken Spannungsschwankungen, hohen Temperaturen, Stößen, Vibrationen und Feuchtigkeit standhalten. (Bild: ATP Electronics)

Sei es das Internet der Dinge oder aber die Industrie: die von Anwendungen an Speicher gestellten Anforderungen sind in beiden Fällen hoch. Haltbar, zuverlässig und leistungsstark muss er sein und selbst in rauesten Umgebungen sicher arbeiten. Die von ATP Electronics entwickelten, gefertigten und geprüften Lösungen sollen diese Voraussetzungen erfüllen.

Im Internet der Dinge stehen vor allem eindeutig identifizierbare physische Objekte im Mittelpunkt der intelligenten Datenerfassung, mit dem Ziel des nahtlosen Austauschs wichtiger Informationen. Dazu ist ein weitreichendes Netz an Embedded-Hardware notwendig, das hinsichtlich der hohen Leistung, kompakten und robusten Bauweise und insbesondere seiner Zuverlässigkeit sowie Langlebigkeit ungewöhnlichen Betriebsumgebungen und -bedingungen standhalten muss.

Daraufhin ausgerichtet, und als aktives Mitglied der Intel Internet of Things-Allianz, produziert der taiwanesische Hersteller ATP Electronics robuste und zuverlässige Storage-Produkte, die er unter streng validierten Testprozessen zertifiziert.

Haltbare und zuverlässige Speicher für den Industrieeinsatz

Lesen, schreiben, löschen – das sind Routine-Arbeiten für den Flash-Controller, der in jeder Speichereinheit enthalten ist. Seine wichtigste Aufgabe ist das Wear Leveling. Mit dieser Funktion wird dafür gesorgt, dass die Flash-Speicherzellen gleichmäßig abgenutzt werden, um die Lebensdauer des Flash-Speicher-Systems insgesamt zu steigern. Denn wie konventionelle Memories verschleißen auch Flash-Speicherzellen im Lauf der Zeit durch physikalische Degeneration.

Die maximale Anzahl der Schreib- und Löschzyklen von Flash-Speichern variiert nach Hersteller und Halbleitertechnik. Weil die Zelle ihren Inhalt vergessen kann, wirken Wear-Leveling-Algorithmen dem entgegen. Dementsprechend verteilt der Controller im Flash-Speicher die Schreibvorgänge auf alle Speicherzellen so, dass jede möglichst gleich häufig beschrieben wird. Die dafür verwendeten Algorithmen sind herstellerspezifisch.

Echtzeitprüfung der Lebensdauer

ATPs erweiterte Wear-Leveling- und Block-Management-Algorithmen optimieren intensive Schreiboperationen und beugen einer übermäßigen und ungleichen Abnutzung der NAND-Flash-Speicherzellen vor, betonen die Taiwanesen. Zusätzlich sorgen die Software-Pakete SMART-Life und SD-Life Monitor für eine Echtzeitprüfung der Lebensdauer und dienen als Frühwarnsystem, um Ausfällen rechtzeitig vorzubeugen. Zusätzlich setzt ATP zum Schutz leseintensiver IoT-Anwendungen auf eine Autorefresh- und eine Autoscan-Technologie, die beide aktiv zum Schutz vor Lesefehlern beitragen.

Weil manche Speicherzellen auf Grund von Abnutzung, Produktionsvarianzen und anderer physikalischer Effekte einen falschen Zustand haben können und beim Zurücklesen vereinzelt fehlerhafte Bit ausliefern, beinhaltet der Flash-Speicher-Controller üblicherweise auch eine Fehlerkorrektureinheit. Hierbei gibt es Unterschiede bezüglich der eingesetzten Algorithmen sowie der Korrekturstärke und Qualität. Manche Algorithmen liefern mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit falsche Bit-Werte, während andere, ab einer bestimmten Menge an Fehlern, diese gar nicht mehr korrigieren können und stattdessen das Resultat als nicht korrigierbar melden.

Hard- und Firmware-Technologien sorgen für Ausfallschutz

ATPs neue SATA-III-Produktfamilie integriert eine Reihe von Hardware- und Firmware-Technologien in einen Mechanismus, der nach eigenen Angaben effektiv vor Ausfällen in einsatzkritischen, industriellen Anwendungsbereichen schützt. Dieser Mechanismus bewahrt vor Datenverlust bei Spannungsschwankungen/-ausfällen, Read Disturb & Data Retention und bietet zudem eine ausgiebige Life-Time-Monitoring-Funktionalität.

Power Failure Protection: Zuverlässigkeit ist meist ein Hauptkriterium für das Netzwerk von Kontrollsystemen und Instrumenten einer Produktionsanlage, auch und gerade unter schwierigen Bedingungen wie beispielsweise häufigen und unkontrollierten Spannungsabfällen. Das Power Protector Feature von ATP kombiniert ein patentiertes Hardware-Design mit exakt darauf abgestimmten Firmware-Algorithmen, um auch im Fall eines Spannungsabfalls umfassende Datensicherheit gewährleisten zu können. Darüber hinaus überprüft der Power Protector regelmäßig und eigenständig die ordnungsgemäße Funktion der Kondensatoren um sicherzustellen, dass diese jederzeit über ausreichend Kapazität verfügen.

Die Funktion Event Log zeichnet Unregelmäßigkeiten im Systembetrieb, wie zum Beispiel Spannungsvarianzen, Extremtemperaturen oder Fehler beim Firmware-Update auf und ermöglicht eine einfachere und genauere Analyse bei Fehlfunktionen.

Life-Time-Monitoring-Funktion

Ein wesentlicher Vorteil von NAND-Flash-basierten Speichermedien im Vergleich zu Festplatten ist die definierte Lebensdauer der Speicherzellen. Diese ermöglicht es dem Nutzer, anhand von Analyse-Tools jederzeit Auskunft über den derzeitigen Status des Mediums zu haben und Service-Intervalle beziehungsweise einen Austausch vorab und ohne lange Stillstands-Zeiten zu planen. Mit der S.M.A.R.T.-basierten Life-Time-Monitoring-Funktion gibt es umfassende Möglichkeiten der Analyse, die weit über die üblicherweise verfügbaren Informationen hinausgehen, versichert ATP. Darüber hinaus lassen sich bestimmte Schwellenwerte zur Frühwarnung definieren.

Kundenspezifisch konfigurierte SSDs

Umfassender Service, Zuverlässigkeit und erwiesene Qualitätsstandards sind wichtige Voraussetzungen für die in der Automatisierung erwartete Langlebigkeit eines Produktionssystems. So kann beispielsweise, der in Automatisierungsapplikationen häufig vorkommende hohe Schreibaufwand kleiner Dateien (beispielsweise Log-Dateien), dazu führen, dass die Lebensdauer des Flash-Speichermediums erheblich reduziert wird. Deshalb können die SATA-III-SSDs von ATP flexibel so konfiguriert werden, dass sie optimal auf die im jeweiligen Kundensystem vorherrschenden Schreiblast abgestimmt sind und die maximale Lebensdauer des Produkts erreichen.

Durch umfassende Tests in der Produkt-Validierungsphase, betont Hersteller ATP, wird ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit besonders unter schwierigsten Umweltbedingungen erreicht. Zudem durchläuft jedes Produkt eine Reihe von Testzyklen bevor es zum Versand freigegeben wird. Das minimiere das Risiko eines frühzeitigen Ausfalls im Kundensystem.

Speicherprodukte für anwendungskritische Einsatzbereiche

Mit mehr als zwanzig Jahren Erfahrung im Bereich sevicebasierter Speicherprodukte konzentriert sich ATP Electronics besonders auf anwendungskritische Einsatzbereiche, etwa in der Industrie-Automatisierung, Telekommunikation, Medizin, Automobilherstellung und im Unternehmens-Computing. Hier ist technisches Know-how gefragt, insbesondere dann wenn es beispielsweise auf die Fertigungsqualität und erweiterte Betriebstemperaturbereiche ankommt.

Als Originalhersteller übernimmt das taiwanesische Unternehmen (mit Hauptsitz in Taipai) hausinterne Designs, Tests und Produktabstimmungen sowohl auf System- als auch auf Komponentenebene. Darüber hinaus beinhaltet das Supply-Chain-Management kontrollierte und feste Stücklisten (BOM) und lange Produktlebenszyklen.

Modernste Herstellungsverfahren

System-in-Package-(SiP)-Flash-Produktherstellungsverfahren sind die Basis der ATP-Herstellungsqualität und Produktlebensdauer. Nach eigenen Angaben ist das SiP-Verfahren branchenführend und beinhaltet fortschrittliche Drahtbonding-, Stacking- und Verkapselungsphasen, was die Produkte auch unter rauen Bedingungen, wie Feuchtigkeit, extremen Temperaturen und elektrostatischer Entladung, durchweg beständig und zuverlässig macht. Dabei helfen Technologien wie PowerProtector, Secure Erase und ein Belastungstestsystem bei erhöhter Temperatur, das auf SMT-relevante Montageprobleme und IC-Ausfälle überprüft. PowerProtector gewährleistet konstante Flash-Operationen während eines Stromausfalls, betont ATP, und Secure Erase beseitige jegliche Spuren von Originaldaten und umfasst eine breite Vielfalt von Protokollen.

Automobilapplikationen erfordern zudem die Einhaltung des strengen ISO/TS 16949-Standard; das ist eine speziell von der Automobilindustrie verfasste internationale Qualitätsmanagementzertifizierung. Geeignete Flash-Produkte werden mit vorab ausgewählten, auf Beständigkeit getesteten SLC- und MLC-Flash-Komponenten gebaut, so ATP, und sind auf maximale Produktlebenszeit und langfristige Datenintegrität ausgelegt.

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