UMFASSENDE WEAR LEVELING-MECHANISMEN FÜR SP INDUSTRIAL SD- UND MICRO-SD-KARTEN

1. Vorstellung

Für heutige NAND-Flash-Geräte ist die Hauptbegrenzung die Program/Erase-Lebensdauer (Anzahl der P/E-Zyklen). Die Schlüssellösung für diese Einschränkung besteht darin, die Abnutzungsrate im gesamten NAND-Flash-Gerät zu verwalten, damit jeder Block gleichmäßig verteilt wird. Daher ist eine effiziente Verwaltung der Abnutzung in ganzen Blöcken erforderlich, um die Lebensdauer eines NAND-Flash-Geräts zu maximieren. Um dies zu erreichen, kann eine Methode darin bestehen, den P/E-Zyklus jedes Blocks individuell zu verwalten, was dazu beiträgt, sie regelmäßig zu verteilen und Überlagerungen auf bestimmten Blöcken zu vermeiden. Diese Methode wird als Wear Leveling bezeichnet. Im Flash Translation Layer (FTL) sind zwei Haupt-Wear-Leveling-Mechanismen integriert: statisch und dynamisch.

2. FTL UND WEAR LEVELING

Wear Leveling wird im Flash Translation Layer (FTL) implementiert, der die Vermittlungsschicht zwischen dem Dateisystem und dem NAND-Flash-Gerät darstellt. Das FTL stellt die Abbildungsregeln von logischer auf physische Adressierung bereit. Wear Leveling hilft dabei, das Abnutzen von Blöcken über die Abbildungsregeln zu reduzieren, wie in Abbildung 1 gezeigt.

3. FLASH-BLOCK-MANAGEMENT

Das NAND-Flash-Gerät kann in drei Teile unterteilt werden. Der Datenblock ist für die logische Kapazität reserviert, der freie Block ist der Wear Leveling und der Verwaltung des schlechten Block-Pools zugeordnet, und der Systemblock ist für die Zuordnungstabelle, den Cache-Block usw. vorgesehen. Wie in Abbildung 2 gezeigt.

4. WEAR LEVELING

4-1 DYNAMISCHES WEAR LEVELING

In einem NAND-Flashgerät gibt es zwei Arten von Datenuntergruppen: statische Daten und dynamische Daten. Statische Daten sind Informationen, die in physischen Blöcken selten verwendet und selten geändert werden. Auf der anderen Seite ändern sich dynamische Daten häufig und werden ständig neu programmiert. Das dynamische Wear Leveling weist dynamischen Daten den freien Blöcken zu, die die geringste Anzahl von P/E-Zyklen aufweisen. Diese Methode zu implementieren ist einfacher, aber um das gesamte Flashgerät optimal zu nutzen, ist es keine umfassende Technik. Wie in Abbildung 3 gezeigt.

4-2 STATISCHES WEAR LEVELING

Das statische Wear Leveling berücksichtigt eine gesamte NAND-Flash-Matrize, einschließlich leerer Bereiche und bereits beschriebener Blöcke. Das statische Wear Leveling weist statischen Daten den freien Blöcken zu und ermöglicht so die Liquidität des Flashgeräts. Es kann Engpässe beim gesamten Wear Leveling beheben und eine effizientere Nutzung des Speicherarrays ermöglichen, wodurch die Lebensdauer des Flashgeräts maximiert wird. Wie in Abbildung 4 gezeigt.

4-3 GLOBALES WEAR LEVELING

Im Gegensatz zum statischen Wear Leveling, das nur auf einer einzelnen NAND-Flash-Matrix funktioniert, erstreckt sich der Bereich des globalen Wear Leveling über das gesamte Gerät. Dies stellt sicher, dass Schreibvorgänge in Blöcken erfolgen, die im gesamten Gerät seltener beschrieben werden. Dies wird durch Aufteilen des Flashgeräts in mehrere Zonen erreicht. Wenn der Host weiterhin wiederholt auf dieselbe Zone zugreift, wird diese Zone wahrscheinlich schneller verschleißen. Das globale Wear Leveling greift ein, um dies zu verhindern, indem es diesen Zugriff neu zuweist und einen gleichmäßigen Verschleiß sicherstellt. Wie in Abbildung 5 gezeigt.

5. SP INDUSTRIAL ANGEBOTE FÜR INDUSTRIELLE SD- UND MICROSD-KARTEN

Die SD-Kartenserie SDI730/530/330 und die microSD-Kartenserie SDT730/530/330 von SP Industrial sind umfassend mit allen diesen Mechanismen ausgestattet: globale Abnutzungsnivellierung, statische Abnutzungsnivellierung und dynamische Abnutzungsnivellierung. Diese vielseitige Abdeckung zur Verwaltung aller unterschiedlichen Status des Flash-Verbrauchs erreicht die beste Ausdauer und höchste Zuverlässigkeit für optimierte Leistung des NAND-Flash. Die microSD-Kartenserie SDT550/350 von SP Industrial ist mit statischen und dynamischen Abnutzungsnivellierungsmethoden ausgestattet. Sie bietet die Option für höhere Kapazität mit 3D TLC, jedoch ohne Kompromisse bei der P/E-Zyklus-Ausdauer. Diese Serien werden in kritischen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt, darunter die Videoaufzeichnung der Überwachungskamera im Auto, Telematiksysteme für Tier-1-Automobilzulieferer, Datenprotokollsysteme für Telekommunikations-4G/5G-Basisstationen und die Aufzeichnung von Patientendaten für medizinische Beatmungsgeräte in Krankenhaus-ICUs.