Lebensdauer von Flash-Speichern Was ist Endurance?

Anbieter zum Thema

DataCore Software GmbH

Fsas Technologies GmbH

FAST LTA GmbH

Als Endurance wird bei Flash-Speichern die Anzahl der Schreib- und Löschzyklen je Speicherzelle bezeichnet, bis die Zelle nicht mehr zuverlässig arbeitet. Die Anzahl der Zyklen hängt vom Zellentyp des Flash-Speichers ab und reicht von wenigen tausend Zyklen bis zu mehreren hunderttausend Zyklen. Die Ursache für die begrenzte Anzahl der möglichen Schreib- und Löschzyklen von Flash-Zellen ist der Verschleiß der isolierenden Oxidschicht der Floating-Gates.

Der Begriff Endurance lässt sich mit „Lebensdauer“ oder „Ausdauer“ ins Deutsche übersetzen. Die Endurance ist eine wichtige Kenngröße eines nicht-flüchtigen Flash-Speichers und gibt Auskunft über die Anzahl der möglichen Schreib- und Löschzyklen pro Speicherzelle, bis Daten nicht mehr zuverlässig gespeichert werden können. Ist die Lebensdauer erreicht, kommt es bei den Speicheroperationen zu deutlich spürbaren Fehlern.

Die Anzahl der möglichen Speicherzyklen ist vom Typ der Speicherzelle abhängig. Typische Werte liegen bei wenigen tausend bis zu einer Million Schreib-/Löschzyklen.

Je nach Produkt und Hersteller wird die Endurance unterschiedlich angegeben. Neben der Angabe der möglichen Zyklenzahl je Flash-Zelle wird häufig auch die auf das Speicherlaufwerk bezogene Drive-Endurance genannt. Es handelt sich dabei um die komplette Datenmenge, die auf ein Speicherlaufwerk geschrieben werden kann, bis es unzuverlässig wird und der Hersteller keine Garantie mehr über die Zuverlässigkeit übernimmt. Um die Gesamtlebensdauer eines Speicherlaufwerks zu verlängern, werden Verfahren eingesetzt, die die Schreib-/Löschzyklen möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Speicherzellen des Laufwerks verteilen.

Gründe für die begrenzte Anzahl von Schreib-/Löschzyklen

Flash-Speicherzellen haben eine begrenzte Anzahl von Schreib-/Löschzyklen. Zurückzuführen ist das auf Verschleißerscheinungen der isolierenden Oxidschicht der Floating-Gates. Immer wenn eine Flash-Zelle durch das Anlegen einer bestimmten Spannung und das „Hindurchdrücken“ von Elektronen durch die Oxidschicht mit einer Ladung versehen und beschrieben wird, schädigt das die Oxidschicht der Zelle etwas. Irgendwann ist die Oxidschicht so stark geschädigt, dass die Speicherzelle sich nicht mehr zuverlässig beschreiben lässt. Gleichzeitig entstehen Lecks in der Oxidschicht, wodurch die Zelle die Informationen nur noch einen verkürzten Zeitraum halten kann (Retention). Die Endurance ist vom Typ der Speicherzelle (SLC, MLS, TLC) und von weiteren Faktoren wie Temperatureinflüssen abhängig.

Abgrenzung zwischen Endurance und Retention

Neben der Endurance ist die Retention eine weitere wichtige Kenngröße eines Flash-Speichers. Sie gibt Auskunft über die Zeit, die eine Information auf einem nicht flüchtigen Flash-Speicher fehlerfrei gespeichert bleibt. Ursache des Informationsverlusts einer Flash-Zelle ist das spontane Abfließen von Ladung aus dem Floating-Gate über die Zeit. Ab einer gewissen abgeflossenen Ladung sind die gespeicherten Informationen verloren. Die Ladungen gehen über Lecks in der Oxidschicht der Floating-Gates verloren. Je dünner die Oxidschicht ist, desto stärker ist der Effekt und desto kürzer die Retention. Während des normalen Betriebs eines Flash-Laufwerks lässt sich der Ladungsverlust ausgleichen. Ist das Laufwerk aber nicht mehr mit Energie versorgt, nehmen die Ladungszustände der beschriebenen Zellen kontinuierlich ab.

Der Ladungsverlust ist auch von der Lagertemperatur des Flash-Speichers abhängig. Mit zunehmender Lebensdauer einer Zelle sinkt die Endurance. Typische Retention-Werte für neuwertige Speicherzellen liegen zwischen wenigen Jahren und bis zu 20 Jahren.

(ID:49983337)