Menü

Besonders robuste MLC-NAND-Flash-Speicherchips

Lesezeit: 2 Min.
In Pocket speichern
vorlesen Druckansicht Kommentare lesen 36 Beiträge
Von

Die nichtflüchtige Halbleiterspeichertechnik NAND-Flash ist nahezu allgegenwärtig in portablen Musikspielern, Handys, Digicam-Speicherkarten, USB-Sticks und zunehmend auch Solid State Disks (SSDs). Die wenigen großen Hersteller, die den Weltmarkt beliefern, reduzieren kontinuierlich die Strukturgrößen, sodass immer mehr Speicherzellen auf einen Chip passen; seit Kurzem liefert etwa SanDisk erste Produkte mit monolithischen 64-GBit-Chips, von denen beispielsweise vier Stück zusammen als Quad-Die-Package (QDP) ein einziges Bauelement mit 32 GByte Kapazität ergeben.

Die Steigerung der Packungsdichte hat Vorrang vor der Verbesserung anderer Parameter; so arbeiten Chips höherer Kapazität beispielsweise oft langsamer als "kleinere". Für manche Anwendungen, wo Daten häufig verändert oder überschrieben werden, ist auch die vom Hersteller zugesicherte, maximale Zahl an Schreib-/Löschzyklen wichtig, die jede einzelne Speicherzelle beziehungsweise jedes Bit verkraftet. Bei NAND-Flash-Speicherchips mit Multi-Level-Cell-(MLC-)Technik, bei denen jede Zelle zwei, drei oder neuestens sogar vier Bits speichert, sind seit Jahren 10.000 Schreib-/Löschzyklen üblich – und dabei sind bereits chipinterne Fehlerkorrekturverfahren wie ECC eingerechnet. Single-Level-Cell-(SLC-)Bauelemente hingegen sind nicht nur oft schneller als MLC-Chips, sondern verkraften üblicherweise auch 100.000 Schreib-/Löschzyklen. Allerdings brauchen sie ein Mehrfaches der Siliziumfläche von MLC-Chips und sind wesentlich teurer.

Eine neue Variante der MLC-NAND-Flashes, die Micron in dem gemeinsam mit Intel für das Joint Venture IMFlash Technologies entwickelten 34-Nanometer-Fertigungsverfahren produziert, soll nun 30.000 Schreib-/Löschzyklen verkraften und steht damit quasi zwischen den MLC- und SLC-Welten. Die neuen Chips haben auch eine besonders schnelle externe Schnittstelle, die dem Standard ONFI 2.1 entspricht. Micron empfiehlt diese MLC-Flashes besonders für Enterprise-Anwendungen, also SSDs und PCIe-SSDs oder Flash-DIMMs. Die neuen Chips erreichen eine Kapazität von bis zu 32 GBit, aus denen Micron auch Octal-Die Packages (ODP) mit 32 GByte fertigt; die SLC-Version bringt es auf 16 GBit beziehungsweise GByte. Eine SLC-Version mit 1 Million spezifizierten Schreib-/Löschzyklen hatte Micron bereits Ende vergangenen Jahres angekündigt.

Die maximale Zahl der Schreib-/Löschzyklen, die komplette NAND-Flash-Speichermedien vertragen, liegt wesentlich höher als bei den einzelnen Speicherzellen; dafür sorgen ausgefeilte Wear-Leveling-Algorithmen. Deren Funktionsweise kann man so verstehen, dass sie eine gewisse maximale Datenmenge an zufälligen Schreibzugriffen (Random Write) bereitstellen, die das jeweilige Speichermedium im Laufe seiner Lebensdauer verkraftet. So nennt Intel etwa für die "Mainstream"-SSD X25-M mit 80 GByte Kapazität eine "Endurance" von 7,5 TByte in Form von zufällig verteilten 4-KByte-Blöcken und für die 160-GByte-Version doppelt so viele (PDF-Datei). Diese Ausdauer lässt sich vergrößern, wenn man die nutzbare Kapazität der SSDs verringert, also mehr freie Blöcke bereitstellt. Für die mit SLC-Flash bestückten Enterprise-SSDs (X25-E) nennt Intel 2 Petabyte Endurance. Gegen sequenzielle Schreibzugriffe sind SSDs weniger empfindlich. (ciw)