DRAM-Puffer Datenerhaltung in SSDs trotz Ausfall der Stromversorgung

Anbieter zum Thema

HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH

NetModule AG

Apacer Technology B.V.

Schockresistenz, geringer Stromverbrauch und schnelle Zugriffszeiten eignen SSDs perfekt für Embedded-Anwendungen. Ohne stabile und sichere Stromzufuhr ist ihre Zuverlässigkeit aber stark eingeschränkt.

Solid State Drives sind enorm erfolgreich darin, langsamere traditionelle Festplatten in Anwendungsbereichen wie Consumer Laptops, Unternehmens-Rechenzentren und industriellen Embedded Systemen zu ersetzen. Sie bieten in der Regel schnelle I/O Performance und der Verzicht auf bewegliche Teile resultiert zusätzlich in einem geringeren Stromverbrauch. Hinzu kommt, dass SSDs generell Schock- und Vibrationsresistent sind, was sie wiederum besonders für die rauen und harten Umgebungen eignet, in denen Industrie- und Embedded-Systeme oft eingesetzt werden.

Entgegen den SSDs in den Rechenzentren von Unternehmen mit redundanten Backup-Stromerzeugern und geplanter Datensicherungen oder Verbraucher SSDs in Laptops mit Batterie-Backup, arbeiten SSDs in Industrie- und Embedded-Systemen oft in einer Umgebung mit unzuverlässiger Stromsicherung. Daher ist mehr noch als in anderen Anwendungsfeldern eine Strategie für eine stabile Stromversorgung wichtig, wenn SSDs in Embedded-Umgebungen im Einsatz sind.

Der DRAM-Puffer – gesteigerte Effizienz bei Schreibvorgängen

Die Notwendigkeit eines Stromschutzes für SSDs liegt vor allem in den Eigenschaften der Flash-Speichertechnologie. Während sich Daten von Flash-Speichern leicht und schnell lesen lassen, sind Schreibvorgänge deutlich tiefgreifender. Auf magnetischen Trägermedien können Daten an Ort und Stelle überschrieben werden.

Das Schreiben auf Flash-Speichern erfordert aber, dass die zuvor gespeicherten Daten zuerst gelöscht werden. Dadurch besteht jede Schreiboperation nicht länger aus nur einer einzelnen Operation, sondern es handelt sich um eine Lösch- und Programm- bzw. Schreiboperation – auch bekannt als P/E-Zyklus. Darüber hinaus sind Leseoperationen in der Lage, jeweils kleine Datenzellen auszulesen, P/E-Zyklen können dagegen nur auf der Blockebene operieren. Das Löschen eines großen Blocks, um dann nur um eine Zelle darin zu beschreiben, ist eine immense Verschwendung. Aus Effizienzgründen puffern moderne SSDs daher Schreiboperationen oft im DRAM.

Der DRAM-Puffer dient gleichzeitig dazu, Leistung und Lebensdauer zu erhöhen. Da jede Flash-Speicherzelle nur eine begrenzte Anzahl von P/E-Zyklen durchlaufen kann bevor sie verschleißt und ausfällt, stellen smarte SSDs sicher, dass die P/E-Operationen gleichmäßig verteilt werden. Dies ermöglicht eine optimale Nutzung der begrenzten Lebensdauer jeder Zelle. Das Betriebssystem weiß im Grunde nichts von dem Verschleißmuster jedes Laufwerks. Es ist daher Aufgabe der SSD, zu verfolgen, wo der nächste Schreibvorgang am sinnvollsten untergebracht werden kann. Ebenso muss sie selbst den Überblick über die ständig wandernden Daten behalten. Die dafür genutzte Mappingtabelle wird in einem flüchtigen Speicher gehalten und ständig mit neuen Schreiboperation aktualisiert.

Während der DRAM auf einer SSD die Schreibleistung und Lebensdauer verbessert, stellt gleichzeitig seine Volatilität eine ernste Herausforderung für die Datensicherheit dar. Geht die Stromversorgung unerwartet verloren, müssen alle Pufferinhalte in den nichtflüchtigen Speicher übertragen werden. Ansonsten folgt Datenverlust bzw. die Beschädigung der Daten. Parallel zum Kapazitätsausbau der SSDs wächst jedoch auch der DRAM-Puffer, um zusätzliche Mapping-Informationen verarbeiten zu können, was dem Problem des flüchtigen Speichers mehr und mehr Bedeutung zukommen lässt. Ein Strom- bzw. Ausfallschutz ist somit ein Muss für zuverlässige SSDs.

(ID:43586554)