Stabilere Flash-Speicher in industriellen Anwendungen

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Sub-Page-Mapping für die Firmware

SD-Speicherkarten-Lebensdauer: Page-basiertes Mapping erhält die Flash Performance und erhöht die Zuverlässigkeit (Endurance).
(Bild: swissbit)

Swissbits durabitTM S-45 SD- und S-45u microSD MLC-Flash-Speicherkarten verwenden ein Sub-Page-basiertes Mapping, das auch bei einem hohen Anteil an Random Writes den WAF deutlich reduziert und die Lebensdauer des Flash maximiert. Darüber hinaus erübrigt der Firmware-basierte FTL den Einsatz von DRAM zur Speicherung der Page Pointer und damit auch zugehöriger Komponenten zum Schutz vor Datenverlust bei Stromausfall.

Diese Sub-Page-Technik bildet Logikeinheiten (die kleiner als eine Page sind) auf entsprechende physikalische Einheiten ab. Diese Einheiten können die Größe eines einzelnen 4-K-Sektors einnehmen. Da eine einzelne Page der kleinstmögliche Speicherort bleibt, der in den Flash geschrieben werden kann, fasst FTL kleinere Einheiten in einer Page zusammen.

Mit Sub-Page Mapping beträgt die intern verwaltete Page-Größe der S-45- und S-45u-Karten nur 4 KByte. Bei einem Worst-Case Random Write verursacht jeder externe 4 KByte-Block also einen internen Daten-Write von 16 KByte (Größe der Physikalischen Page). Im besten Fall ermöglicht ein optimiertes FTL-Management, dass der WAF nur 1 beträgt. Realistisch betrachtet weisen Random-Write-Vorgänge auf belegte Speicherbereiche einen WAF von 4-10 auf. Mit ihrer hohen Random-Write-Datenrate ermöglichen diese kleinformatigen Speicherkarten einen leistungsfähigen Einsatz in Anwendungen wie Boot-Medium oder Datenlogging für Instrumentierung.

Dabei ist zu beachten, dass der Verwaltungsaufwand für einen Sub-Page-basierten FTL die Datenrate bei sequenziellen Schreib- und Lesezugriffen verringert. Daher werden Speicherkarten mit Blockverwaltung, z.B. die SLC-basierte S-450 für Anwendungen empfohlen, die hauptsächlich sequenzielle Write-/Read-Operationen aufweisen.

Austauschbarkeit und mechanische Stabilität sind die wesentlichen Eigenschaften kleinformatiger Flash-Speicherkarten. Sie sind daher für zahlreiche Anwendungen im Industrie- und Consumer-Bereich interessant. Um wirklich für den industriellen Einsatz geeignet zu sein, ist allerdings wie aufgeführt eine Lösung für den hohen Verschleiß bei Random-Write-Operationen nötig, ohne dabei Einschränkungen bei der Speicherdichte oder dem Schutz bei Stromausfall in Kauf nehmen zu müssen.

* Ulrich Brandt ist Marketing Director der Swissbit AG.

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