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Zwei Ladungszustände Was ist pSLC-Flash (Pseudo-Single-Level-Cell)?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

pSLC-Flash ist ein halbleiterbasierter Speicher. Er nutzt Multi-Level-Cell-Flash (MLC-Flash), beschreibt diesen aber wie SLC-Flash (Single-Level-Cell-Flash) nur mit den beiden Informationszuständen 0 und 1 eines einzigen Bits. Dadurch reduziert sich die Speicherkapazität des Flash-Speichers. Die Anzahl maximal möglicher Schreibzyklen steigt jedoch gegenüber MLC-Flash mit mehreren Bit Informationsgehalt deutlich.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Die Abkürzung pSLC steht für „Pseudo-Single-Level-Cell“. Es handelt sich um eine Flash-Speicherzelle, die auf einer Multi-Level-Cell (MLC) basiert. Eine MLC bietet die Möglichkeit, mehrere Bit an Informationsgehalt mit Hilfe von vier, acht (TLC – Triple-Level-Cell) oder 16 (QLC – Quadruple-Level-Cell) verschiedenen Ladungszuständen zu speichern.

Die Pseudo-Single-Level-Cell verwendet jedoch nur zwei Ladungszustände und ordnet sie den beiden logischen Zuständen 0 oder 1 zu. Sie besitzt wie eine Single-Level-Cell (SLC) nur ein Bit an Informationsgehalt. Durch diese Technik reduziert sich zwar die Speicherkapazität des Flash-Speichers, doch steigt die Anzahl maximal möglicher Schreib- und Löschzyklen deutlich: gegenüber einer MLC mit zwei Bit pro Zelle um das circa Sechsfache. Oft wird pSLC-NAND-Flash-Speicher für professionelle Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Speicherqualität, als sie MLC-Flash bietet, eingesetzt.

Funktionsweise des pSLC-Flash-Speichers

Der Informationsgehalt einer Flash-Speicherzelle ist über das Ladungsniveau definiert. Eine SLC-Speicherzelle kennt lediglich die logischen Zustände 0 und 1 eines einzigen Bits. Das obere Ladungsniveau entspricht dem logischen Zustand 1, das untere Ladungsniveau dem logischen Zustand 0. Alle Ladungsniveaus zwischen dem minimalen und dem maximalen Niveau werden bei einer Single-Level-Cell entweder 0 oder 1 zugeordnet. Es existieren nur diese beiden logischen Zustände.

MLC-Flash-Speicherzellen können mehrere Bit Informationsgehalt (zwei, drei oder vier Bit) speichern. Dies erreichen sie, indem sie vier, acht oder 16 verschiedene Ladungsniveaus unterstützen. Die Speicherdichte von MLC-Flash-Speicher ist deutlich höher, dafür reduzieren sich aber die Schreib-/Lesegeschwindigkeiten und die maximal möglichen Schreibzyklen. Zudem sind aufwendige Verfahren zur Fehlerkorrektur notwendig.

Die pSLC-Speichertechnik beschreibt MLC-Speicherzellen mit nur einem Bit Informationsgehalt, was wie bei SLC-Flash zwei unterschiedlichen Ladungsniveaus entspricht. Dank der größeren Spannungsunterschiede lassen sich die Ladungszustände leichter zuordnen, als dies bei einem MLC-Flash mit vier, acht oder 16 verschiedenen Ladungszuständen möglich ist. Die Anfälligkeit gegenüber Datenfehler durch Ladungsverlust sinkt. Gleichzeitig steigt die Anzahl der maximal möglichen Schreibzyklen.

Um MLC-Flash im pSLC-Modus zu betreiben, müssen der MLC-NAND dafür geeignet und entsprechende Firmware implementiert sein.

Vor- und Nachteile der pSLC-NAND-Speichertechnologie

Der wichtigste Vorteil der pSLC-NAND-Speichertechnologie ist, dass sich die Anzahl der maximalen Schreibzyklen deutlich erhöht. Gegenüber MLC-Flash mit zwei Bit pro Speicherzelle beträgt der Unterschied circa das Sechsfache. Da aber nur ein Bit pro Zelle Informationsgehalt gespeichert werden kann, reduziert sich die Speicherdichte des pSLC-NAND-Speichers gegenüber einem MLC-NAND-Speicher.

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