Fünf Bits pro Speicherzelle Was ist PLC-Flash / PLC-NAND (Penta-Level-Cell-Flash)?

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PLC-Flash (Penta-Level-Cell-Flash) ist eine Art von nichtflüchtigem, halbleiterbasiertem Speicher, der in einer Speicherzelle im Gegensatz zu einer Single-Level-Speicherzelle (SLC) nicht nur ein Bit, sondern fünf Bits an Informationen speichert. Die fünf Bits sind über die 32 möglichen Spannungslevel der Speicherzelle abgebildet. PLC-Flash erhöht die Speicherkapazität von Flash-Speicher, bringt aber hinsichtlich der Performance und Lebensdauer der Speicherzellen einige Nachteile mit sich.

Das Kürzel PLC steht für „Penta-Level-Cell“. PLC-Flash ist eine Art von nichtflüchtigem, halbleiterbasiertem Speicher, der in einer Speicherzelle fünf Bits an Informationen speichert. Der Informationsgehalt der Speicherzelle ist über verschiedene Ladungsniveaus abgebildet.

Eine Penta-Level-Speicherzelle muss 32 (2 hoch 5) verschiedene Ladungsniveaus unterstützen. Die Anzahl an Bits und Ladungsniveaus beträgt bei einer Single-Level-Cell ein Bit und zwei Ladungsniveaus, bei einer Multi-Level-Cell zwei Bits und vier Ladungsniveaus, bei einer Triple-Level-Cell drei Bits und acht Ladungsniveaus und bei einer Quadruple-Level-Cell vier Bits und 16 Ladungsniveaus.

Mit PLC-Flash lassen sich die Speicherdichte und die Speicherkapazität von Flash-Speicher erhöhen. Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Speicherdichte von NAND-Flash bietet die dreidimensionale Anordnung vieler Speicherzellen-Layer.

Penta-Level-Cell-Flash mit seinen 32 verschiedenen Ladungsniveaus pro Speicherzelle erhöht zwar die Speicherkapazität, bringt hinsichtlich der Performance und Lebensdauer der Speicherzellen aber einige Nachteile mit sich. Der Aufwand zum Schreiben und Lesen der Ladungszustände ist größer, und die Wahrscheinlichkeit für Bitfehler steigt. Es sind komplexe Verfahren zur Fehlerkorrektur und aufwendigere Controller erforderlich.

Einsatzmöglichkeiten von PLC-Flash sind zum Beispiel All-Flash-Arrays, Solid State Drives (SSDs) oder Speicherkarten.

Die Vor- und Nachteile von Penta-Level-Cell-Flash

Wichtigste Vorteile von Penta-Level-Cell-Flash sind die höhere Speicherkapazität und Speicherdichte des Flash-Speichers. Auf gleicher Wafer-Fläche lassen sich im Vergleich zu anderen Zellentechnologien wie Single-Level-, Multi-Level-, Triple-Level- oder Quadruple-Level-Zellen mehr Informationen ablegen. Der Informationsgehalt je Chipfläche steigt, und die Kosten pro Gigabyte Speicherkapazität sinken.

Beim Speichern der Informationen müssen aufgrund der 32 verschiedenen Ladungsniveaus die Ladungsmengen wesentlich feiner dosiert und beim Lesen genauer ausgewertet werden. Das erfordert komplexere Controller und reduziert die Schreib- und Lesegeschwindigkeit. Es sind aufwendigere Fehlerkorrekturmechanismen zu implementieren. Aufgrund der höheren Empfindlichkeit gegenüber Ladungsverlusten steigt die Wahrscheinlichkeit für Bitfehler und die Zuverlässigkeit des Speichers nimmt ab. Die Lebensdauer der Speicherzellen sowie die Anzahl der maximal möglichen Schreibzyklen sinken. Da auch die Temperatur Einfluss auf die Ladungsniveaus haben kann, ist der Betriebstemperaturbereich des Flash-Speichers im Vergleich zu Speicherzellen mit weniger Bits und Informationsgehalt eingeschränkt.

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