Lösungen für Flash Data Retention & Read Disturbance von Innodisk

Innodisk, Eindhoven, 24.01.2023 - Das Solid-State-Laufwerk (SSD) hat sich in vielen Branchen zu einer festen Größe entwickelt. Dies gilt insbesondere für Geräte, die für raue Umgebungen konzipiert sind, da SSDs im Allgemeinen robuster sind als andere Speichermedien. Dennoch ist die Datenspeicherung bei vielen Entwicklungen noch ein Problem.

Die Qualität einer Flash-Zelle definiert sich nicht ausschließlich durch die Anzahl der Programmier- und Löschzyklen, bis sie sich nicht mehr beschreiben, löschen oder lesen lässt. Die sogenannte Data Retention Time ist der definierte Zeitraum, bei denen der Flash die Daten ohne Auffrischung halten kann. Data Retention beschreibt also die Fähigkeit von NAND-Flash, Daten, die über einen längeren Zeitraum gespeichert wurden, zu erhalten. „Read Disturb“ ist ein Phänomen, das sich auf benachbarte Speicherzellen auswirkt, wenn eine einzelne Zelle häufig gelesen wird. Dies kann ebenfalls zu Datenverlusten führen. Diese Effekte erfordern spezielle Funktionen zur Bekämpfung der Datenerhaltung.

Lesestörungen können auftreten, wenn häufig auf dieselbe Zelle in einem Block zugegriffen wird. Dies tritt auf, wenn ein Benutzer eine bestimmte Information auf seinem Gerät immer wieder überprüft. Das kann beispielsweise eine Telefonnummer sein. Dies liegt daran, dass das Lesen von Daten in einer Zelle dazu führt, dass sich die Schwellenspannungen anderer Zellen im selben Block auf einen geringfügig anderen Wert ändern. Jedes Mal, wenn auf Daten, die auf einer Zelle gespeichert sind, zugegriffen wird, wird eine Lesespannung durch alle Zellen innerhalb des Blocks geschickt. Bei den Zellen, an denen die Spannung anliegt, werden dann Elektronen in das offene Gate emittiert, so dass sich die auf diesen Zellen gespeicherten Elektronen verändern. Obwohl dies normalerweise harmlos ist, werden die Auswirkungen dieser Spannungsverschiebung verstärkt, wenn eine einzelne Zelle häufig gelesen wird, und in einigen Fällen können Daten auf benachbarten Zellen völlig unzugänglich werden.

Die Fähigkeit von NAND-Flash, Elektronen zu speichern, ist begrenzt, da die gespeicherten Elektronen im Laufe der Zeit abfließen. Dabei treten ECC-Fehler auf und Daten gehen verloren. Es gibt mehrere Gründe, warum die Datenspeicherung bei NAND-Flash ein Problem darstellt. Aufgrund der Struktur der Flash-Zelle führen höhere Temperaturen dazu, dass die Daten mit sehr hoher Geschwindigkeit degenerieren. Mit zunehmender Anzahl von P/E-Zyklen wird die Zelle weiter geschwächt, was zu einer geringeren Datenerhaltungskapazität führt.

Da sowohl beim Programmieren als auch beim Löschen von NAND-Speicherzellen hohe elektrische Felder entstehen, kann sich die Oxidschicht um das Floating Gate in der Zelle mit der Zeit abbauen, wenn die Anzahl der P/E-Zyklen zunimmt. Dies gilt insbesondere für die Tunneloxidschicht unterhalb des Floating Gate. Wenn man 100 Bit Fehler als Standard für die Datenerhaltung verwendet, beträgt die Datenerhaltung nach 2200 P/E-Zyklen etwa 48 Tage, aber nach 3200 P/E-Zyklen sinkt die Datenerhaltung auf etwa 16 Tage.

Die iRetention 2.0-Technologie von Innodisk besteht aus präventiven und korrigierenden Merkmalen, um die Unzulänglichkeiten von Flash-Speichern bei der Datenspeicherung und Lesestörung zu bekämpfen.

Dynamische Mikroladung wählt periodisch und sequentiell einen Block aus und liest zufällig eine Seite. Diese Mikroladung lädt alle Zellen des Blocks einmal durch den Lesevorgang auf, was die negativen Auswirkungen der Speicherung ausgleicht. In ähnlicher Weise führt Smart Read während des Bootvorgangs eine Leseaufgabe auf der gesamten SSD aus, um eine bessere Datenintegrität in zukünftigen Lesezyklen zu gewährleisten.

Dynamic Scan scannt die SSD regelmäßig, um potenziell defekte Daten zu erkennen, und führt den Auffrischungsprozess durch, der das Spülen und Aufladen von Seiten umfasst, um die Lebensdauer jedes einzelnen Datenblocks zu verlängern.

Zusammen eliminieren diese Technologien praktisch das Risiko eines SSD-Datenverlusts und verbessern die Datenerhaltung für die Produkte von Innodisk.

Erfahren Sie mehr über Herausforderungen und Lösungen für die Datenspeicherung im Whitepaper "Modern Solutions to Flash Data Retention & Read Disturbance".