(R)EVOLUTIONÄRE ELEKTRONIKPRODUKTION
(R)EVOLUTIONÄRE ELEKTRONIKPRODUKTION
(R)EVOLUTIONÄRE ELEKTRONIKPRODUKTION
(R)EVOLUTIONÄRE ELEKTRONIKPRODUKTION
(R)EVOLUTIONÄRE ELEKTRONIKPRODUKTION

Um den stetig steigenden Anforderungen seitens Industrie und Endkunden zu entsprechen, haben wir in eine neue Produktionslinie investiert.
>> weitere Informationen

Werfen Sie an einem unserer Open House Nachmittagen einen Blick auf unsere neuen Gustostücke. 
>> zu den Terminen

15.05.2018 | Fachthema

No way out bei wear outs?

Verwendete Tags:
Elektronik
Hardware
Speicher

No way out bei wear outs?

Über die Lebenszeit von Flash-Speichern

Der Jammer ist groß, wenn der Flash-Speicher einer Baugruppe nicht die gewünschte Lebenszeit durchhält. Vor allem dann, wenn die komplette Baugruppe verschrottet werden soll, obwohl nur der Speicher beschädigt ist. Leider passiert das immer wieder. Die Ursache liegt oft im eigenen Haus.

Wenn man an das Thema Flash-Speicher denkt, zum Beispiel an die bekannten und zuverlässigen SLC-NAND-Flashes, denkt man meist nur an die Hardware. Dabei ist es vor allem die Software, die maßgeblich daran beteiligt ist, wie lange ein Speicher im Einsatz ist.
Vor allem das Betriebssystem (bei den Embedded Plattformen von Ginzinger wird Linux als OS verwendet) verwaltet den Zugriff auf den Speicher und sorgt für das gleichmäßige Beschreiben der Flash-Zellen. Damit soll eine langsame und gleichmäßige Abnutzung des Speichers erreicht werden, der so genannte „Wear Out“.

„Flash Wear Out“ bezeichnet den Effekt, wenn häufiges Beschreiben einer Speicherzelle die Oxidschicht des Floating Gate Transistor im NAND-Flash zusammenbrechen lässt. So wird die Zelle über die Zeit unbrauchbar (siehe Abbildung).

Schäden am NAND-Flash

Schäden am NAND-Flash

Der Speicherhersteller gleicht dieses Problem teilweise durch sogenanntes „overprovisioning“ aus. Dabei wird mehr Speicher am Chip verbaut als angegeben, um defekte Speicherzellen ersetzen zu können.

Aber nicht nur das Betriebssystem mit seinen Prozessen, auch die Applikation selbst schreibt auf den Flash Speicher und ist mitverantwortlich für einen möglicherweise schnellen Speicher-Tod. Hier ist der Kunde bei der Entwicklung seiner Applikation gefordert.

 

Ein Beispiel: Schreibt das Logging einer Applikation alle 100 ms 10 Byte ist ein schnellerer „Verschleiß“ des Flash-Speichers gegeben, als wenn man zum Beispiel alle Logs zuerst aggregiert und nur alle 60 Sekunden 5 kB schreibt. Der Unterschied für die Lebensdauer des Speichers ist massiv: Dieses Beispiel kann einen Unterschied von zehn Jahren bei der Lebenszeit eines Produktes bedeuten. Im Vergleich dazu schreibt das Betriebssystem (bei Ginzinger erledigt das GELin, die Linux Distribution von Ginzinger) sehr wenig und hat kaum Auswirkung auf die Lebensdauer.

Daher sollte bereits beim Design der Baugruppe die geplante Lebenszeit des Speichers bedacht werden. Erst nach Auswahl des richtigen Speichers, kann die Applikationssoftware entsprechend konzipiert werden und die Lebenszeit des Speichers abgeschätzt werden.

 

Folgende Faktoren sind wichtig für die Abschätzung der Speicher-Nutzungsdauer:

1) Systemspezifisch

  • geplante Lebensdauer des Flash
  • Datengröße oder UBI-Partition
  • logische Block-Größe

 

2) Dateisystemspezifisch

  • Write-Amplifikation des Dateisystems

 

3) Flash/Modulspezifisch

  • Größe des Erase-Blocks des Flash-Speichers
  • Größe einer Page des Flash-Speichers
  • max. Write/Erase-Zyklen pro Block des Flash-Speichers

 

4) Applikationsspezifisch

  • Anzahl der Schreibvorgänge mit Anzahl der Bytes pro Schreibvorgang z.B.
    > Log-File (200 Byte jede Minute)
    > Parameter-Export (50 MB einmal täglich)
    > Systemzustand (30 Byte jede Sekunde)

 

Aus diesen und anderen Faktoren hat Ginzinger electronic systems für seine Kunden ein
Kalkulationsmodell erstellt, welches hilft, einfach und schnell eine qualitative Abschätzung zu ermöglichen.

Wenn es sich um eine bestehende Baugruppe handelt, die bereits im Feld ist, besteht die Möglichkeit, den Flash Wear Out zu messen und so beispielsweise die Abschätzungen aus der Designphase zu validieren. Dies ist oft die einzige Möglichkeit den Gesundheitszustand des Speichers und die damit verbundene Restlebenszeit der Baugruppe abzuschätzen. Über die Funktionen des UBI files systems (unsorted block images) wird gemessen und gegen die geplante Restlebenszeit hochgerechnet. So können Kunden die richtige Planung Ihres Produktlebenszyklus unterstützen.

 

Wenn Sie Fragen zum Thema embedded systems oder Hardwareentwicklung und/oder Produktion haben, kontaktieren Sie uns!

 

 

Kommentare

0