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So unterscheiden sich Firmware-Architekturen von Flash-Speichern

| Tim Niggemeier

Schrumpfende Strukturen, ­höhere 3D-Stapel und mehr Bits pro Speicherzelle machen Flash-Speicher immer günstiger, aber auch weniger robust.

Moderne SSDs mit PCIe-4.0-Schnittstelle protzen mit Schreibraten von mehr als 7 GByte/s. Doch lange halten sie das nicht durch: Wenn ihr Cache voll ist, dann sinkt die Geschwindigkeit schnell auf die Hälfte oder gar noch weniger. Im letzten Teil unserer Serie zu den Flash-Grundlagen beschäftigen wir uns näher mit dem Beschreiben des Flash-Speichers [1] [1] und klären, wo die Herausforderungen liegen und warum ein Cache die Lebensdauer der SSD reduzieren kann.

Aus Kostengründen verbauen die Hersteller heute in den allermeisten SSDs und anderen Flash-Produkten 3D-TLC-Speicher mit 3 Bits Speicherkapazität pro Zelle. Im Unterschied zu den früher verwendeten planaren 2-Bit-Typen gibt es dabei Unterschiede in der Ansteuerung.

Bei den älteren Flash-Typen mit Floating Gate mussten die Controller noch mindestens zwei separate Programmierschritte erledigen. Mit der Einführung von Charge Trap bei 3D-TLC-Flash [2] [2] schreiben die SSD-Controller die drei Bits pro Zelle in einem einzigen Programmiervorgang. Da sich eine logische Page-Größe von 16 KByte etabliert hat, bedeutet dies, dass der Flash-Controller nun 48 KByte im RAM halten muss – multipliziert mit der Anzahl der parallel geschalteten Dies und Planes. Gerade ältere und kleinere Controller etwa für USB-Sticks oder SD-Karten verfügen nicht über ausreichend RAM, um diese Datenmenge aufzubereiten und können daher TLC-Speicher nicht direkt beschreiben.


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[1] https://www.heise.de/thema/Flash_Speicher
[2] https://www.heise.de/hintergrund/SSDs-und-Data-Retention-Lebensdauer-der-Daten-auf-Flash-Speichern-6042253.html