Eine Frage des Speichers – Die fünf wichtigsten Punkte in Sachen SSD-Speicher

Der beste Industriecomputer nützt nichts, wenn der eingesetzte SSD-Speicher (Solid State Drive) frühzeitig ausfällt. Syslogic Product Manager Raphael Binder fasst in fünf Punkten zusammen, worauf bei industriellen NAND-Flash-Speichern zu achten ist.

Raphael Binder ist Product Manager bei der Embedded-Spezialistin Syslogic. Er sagt: "Bei NAND-Flash-Speichern für die Industrie ist Vorsicht geboten."
Der SSD-Hersteller (Solid State Drive) Cactus Technologies hat sich voll und ganz der Industrie verschrieben.
Die NAND-Flash-Speicher von Cactus verfügen über eine Fixed BOM (Bill of Material). Gemäß Raphael Binder lassen sich dadurch Kompatibilitätsprobleme vermeiden
SLC- oder MLC-Flash-Speicher (Sinlge/Multi Level Cell)? Das kommt ganz auf die Anwendung an. Oft lohnt sich in der Industrie die Investition in SLC-Speicherlösungen
Bestückung eines Embedded Single Board Computer mit einer industriellen CFast-Karte von Cactus Technologies.

1. Vorsicht Die-Shrinking!
Die NAND-Flash-Hersteller sind einem wachsenden Kostendruck ausgesetzt. Um konkurrenzfähig zu bleiben, setzen sie auf Die-Shrinking. Dabei werden die kleinsten Bausteine eines SSD-Speichers (Solid State Drive), die Flash-Zellen, verkleinert. Mit Die-Shrinking werden die Produktionskosten gesenkt, gleichzeitig wird die Speicherdichte der SSD-Speicher erhöht. Weil Flash-Zellen nur eine begrenzte Anzahl Schreib- und Lesezyklen verkraften, leidet die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit unter Die-Shrinking. Frühzeitige Ausfälle oder Datenfehler sind die Folge. Entsprechend lohnt es sich für anspruchsvolle Industrieanwendungen, in echte Industrial-Grade-Speicher zu investieren.

2. Single-Level-, Multi-Level oder Tripple-Level-Flash?
SLC-Flash (Single Level Cell) speichern nur ein Bit pro Flash-Zelle. Dadurch sind die Ladungszustände eindeutig zu identifizieren, was schnelle und zuverlässige Schreib- und Lesezyklen garantiert. Bei MLC- (Multi Level Cell) und TLC-Flash (Triple Level Cell) werden bei gleichem Zellenaufbau zwei, respektive drei Bits pro Flash-Zelle gespeichert. Möglich wird das durch eine präzise Steuerung und Ermittlung der Spannungshöhen. MLC- und TLC-Speicher bieten mit ihrer hohen Datendichte gegenüber SLC-Speichern eine höhere Speicherkapazität bei niedrigeren Kosten. Allerdings werden die einzelnen Flash-Zellen mit einer höheren Anzahl Schreib- und Lesezyklen belastet. Zudem verursachen die geringeren Spannungsunterschiede eine höhere Fehleranfälligkeit gegenüber SLC-Flash. Erlauben SLC-Speicher rund 200000 Schreib- und Lesezyklen, sind es bei bei MLC-Speichern nur maximal 10 000 und bei TLC-Speichern sogar nur rund 1000.

Zwar arbeiten verschiedene Speicherhersteller daran, MLC-Speicher mit cleveren Flash-Controllern haltbar zu machen. Dadurch eignen sich MLC-Speicher von ausgewiesenen Industriespezialisten mittlerweile für einfache Industrieanwendungen. Für Industrieanwendungen mit hohen Schreibzyklen kommen jedoch nach wie vor nur SLC-Speicher in Frage.

3. SSD-Speicher aus ein und derselben Produktserie – und trotzdem Kompatibilitätsprobleme?
Weil die Speicherhersteller die Flash-Zellen ständig verkleinern, werden innerhalb einer Produktserie oft unterschiedliche Flash-Bausteine eingesetzt. Dabei wird oft der Controller ersetzt oder angepasst. Das führt dazu, dass Industriekunden Kompatibilitätsprobleme haben, obwohl sie SSD-Speicher aus der gleichen Produktserie verwenden.

Um sich jede Menge Ärger und Frust zu ersparen, sind Industriekunden darauf angewiesen, dass die SSD-Hersteller eine Fixed BOM (Bill of Material) führen. Mit einer Fixed BOM garantieren die SSD-Hersteller, dass die Speicher innerhalb einer Produktserie vollkommen identisch sind, dass also die gleiche Firmware und die gleichen Flash-Bausteine verwendet werden. Die SSD-Hersteller verhindernd dadurch erfolgreich, dass innerhalb einer Serie Kompatibilitätsschwierigkeiten auftreten.

Werden doch einmal Anpassungen notwendig, ändern SSD-Hersteller mit einer Fixed BOM die Artikelnummer und informieren ihre Kunden frühzeitig. Dadurch sind die Kunden in der Lage, die geänderten SSD-Speicher zu testen, bevor sie diese in ihren Geräten verbauen.

4. Und morgen? Industrielle Speicher und Langzeitverfügbarkeit
Anders als Heimanwender sind Industriekunden darauf angewiesen, dass sie Flash-Speicher über einen längeren Zeitraum unverändert beziehen können. Insbesondere die Firmware der SSD-Speicher muss identisch sein, um Kompatibilitätsprobleme auszuschließen. Hersteller industrieller Flash-Speicher bieten eine Verfügbarkeit ihrer Produkte über mehrere Jahre. Möglich wird das durch eine sorgfältige Bauteilbeschaffung. Zudem unterhalten die industriellen SSD-Hersteller eigene Lager, um auch über den Produktionszeitraum hinaus auf Bauteile zurückzugreifen. Ein Hersteller, der langzeitverfügbare Industriespeicher anbietet ist Cactus Technologies. Deren Cactus 203 Serie beispielsweise, wird seit 2005 fast unverändert angeboten.

5. Flash-Speicher für extreme Temperaturen
Brütende Hitze und klirrende Kälte – extreme Temperaturschwankungen können für Speicher eine große Belastung sein. Hersteller industrieller SSD-Speicher bieten optional meist Geräte, die für den erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +85 Grad zugelassen sind. Die SSD-Hersteller ihrerseits verwenden für diese Geräte nur Komponenten, die für Extremtemperaturen zugelassen und zertifiziert sind.

Industrial Grade Flash-Speicher – Kurz zusammengefasst
Wer einen Embedded Computer oder ein HMI-System evaluiert, ist gut beraten auf die verbauten Speicher zu achten. Nur so lassen sich böse Überraschungen mit unüberschaubaren Folgekosten vermeiden. Syslogic als Industriespezialistin setzt in ihren Embedded Computern und HMI-Systemen vorwiegend Single-Level-Cell-Speicher von ausgewiesenen Industriespezialisten ein. Dabei profitiert Syslogic vom langjährigen Know-how der Schwesterfirma Systronics, die sich auf den Vertrieb industrieller Flash-Speicher spezialisiert hat. Systronics verfügt darüberhinaus über gute Beziehungen zu den SSD-Herstellern und kann dadurch schnell auf Trends im Speichermarkt reagieren.