Fachartikel

Industrietaugliche Speicher für widrige Bedingungen

Gerade in Industrie und Forschung kommen in spezialisierten Geräten gerne Flash-Speicher zur schnellen Datenspeicherung zum Einsatz. Anders als im Consumer-Bereich gilt es in der industriellen Anwendung jedoch, einige Dinge zu beachten: Was passiert bei kurzzeitigem Spannungseinbruch während des Schreibvorgangs? Wie verhält es sich mit der Datensicherheit bei Vibration oder Schockbelastung der Speicher und in welchem Temperaturbereich arbeiten sie noch zuverlässig? Der Fachartikel skizziert, wie robuste Lösungen aussehen können.
In industriellen Umgebungen sollten Speicherbausteine auf große Temperaturschwankungen ausgelegt sein.
USB-Sticks sind heute sehr preiswert und fast schon ein Wegwerfprodukt, das wie Kugelschreiber als Werbeträger verschenkt wird. Solchen Datenträgern sollte man keine wichtigen Daten anvertrauen, schließlich sind die Qualitätsunterschiede der Speicher riesig. Billige Massenware ist technisch nicht auf dem neuesten Stand und verwendet zum Teil sogar recycelte Speicher-Bausteine aus alten Handys. Für die gewerbliche oder industrielle Nutzung eignen sich spezielle, besonders robuste Flash-Speicher, etwa von Cervoz. Mit dem für die Anwendungsanforderung richtigen Speicher ist sichergestellt, dass dieser auch bei widrigen Umgebungsbedingungen über lange Zeit zuverlässig funktioniert.

Praxisanforderungen an Speichermedien
Herkömmliche mechanische Festplatten sind sperrig und gegenüber mechanischen Einwirkungen in Betrieb und Lagerung relativ empfindlich. Moderne Flash-Module punkten hier dagegen mit Platzersparnis und Stabilität. Aber sind Daten dabei auch wirklich sicher? Hier lauern je nach Anwendung verschiedene Tücken: Stromausfälle, Vibration, Erschütterung und Temperaturschwankungen sind in der Industrie und bei Anwendungen in Messgeräten für Medizin, Gewerbe oder Forschung und sogar elektronischen Registrierkassen nie auszuschließen. Bei exzessiver Speichernutzung ist zudem zu beachten, dass die maximale Anzahl der Schreibvorgänge, Ausdauer oder Endurance genannt, geringer ist als bei Festplatten.

SSDs können wie jeder Halbleiter wegen physikalischen und fertigungsbedingten Problemen ausfallen, wenn Schaltkreise über eine gewisse Zeit unter Spannung stehen. Allerdings passiert das in der Regel schnell und fällt meist unter die Garantie. Bleibt noch der "Verschleiß" während des Normalbetriebs. SSDs haben eine durchschnittliche, erwartete Lebensdauer, die durch Zählen der Gesamtmenge der Daten, die auf die SSD geschrieben werden, auch als TBW (Terabytes written) bestimmt ist.

Ein Beispiel zeigt schnell die tatsächliche Relevanz der Endurance auf: Der durchschnittliche Nutzer speichert um die 5 GByte pro Tag, nur ein sehr kleiner Prozentsatz erreicht die 50 GByte-Marke. Grob vereinfacht bedeutet das bei Nutzung einer 100-GByte-SSD nutzt, dass das Laufwerk weniger als 1000 mal in fünf Jahren komplett neu beschrieben wird. Für mehr Sicherheit kann der Anwender zudem SMART-Tools einsetzen, um die Alterung des Speichermediums zu verfolgen und es bei Bedarf austauschen. Damit erhält der Speicher quasi eine Tankanzeige für die noch vorhandene Rest-Lebensdauer.
Industriegerecht ausgelegt
Der Einsatz von "gehärteten" Speichern wie im militärischen Bereich ist im gewerblichen Einsatz zu teuer und meist nicht nötig. Wirtschaftlicher ist es, den passenden Speicher zur jeweiligen Anwendung zu finden. Dabei gibt es aber durchaus Eigenschaften, die bei allen Anwendungsfällen gefragt sind. Anbieter wie HY-LINE legen mit Herstellern wie Cervoz daher Wert auf eine langjährige, zuverlässige Funktion der Komponenten, die auch nach Jahren beim Nachkauf noch mit den gleichen Spezifikationen aufwarten. Die Speicher sind daher mit je nach Konfigurationen (Formfaktor, Größe, Geschwindigkeit) unterschiedlichen, jedoch über die Produktlebensdauer immer gleichen Controller- und Speicher-Chips vom selben Typ ausgestattet. Damit ist gegenüber modifizierten Chips oder von wechselnden Herstellern eine immer gleiche Performance garantiert. So sind wichtige Daten aus der Fertigung, zum Beispiel bei der Qualitätssicherung auch bei hohen Schreibgeschwindigkeiten bei alten ebenso wie bei neu gekauften Speichern gleich schnell geschrieben.

Ein weiterer neuralgischer Punkt ist der Controller. Er überprüft regelmäßig alle Speicherblöcke auf ihre Funktion und Kapazität. Wird ein Fehler detektiert, legt er den Speicherbereich auf einen anderen aus der Reserve um und markiert den fehlerhaften als unbrauchbar. Mit Hilfe spezieller Software-Tools, die sich die SMART-Technologie zu Nutze machen, kann der Anwender die Alterung des Speichermediums verfolgen und es bei Bedarf präventiv austauschen. Zusätzlich nutzt der Controller das sogenannte Wear Leveling, das heißt er verwendet alle physischen Blöcke des Speichers reihum, selbst wenn das Betriebssystem immer auf denselben logischen Block für das Inhaltsverzeichnis des Mediums zugreifen möchte. Auch diese Methode verbessert Lebensdauer und Zuverlässigkeit weiter.

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Seite 2: Mechanisch robust und temperaturresistent


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10.01.2018/ln/Dipl.-Ing. Rudolf Sosnowsky, Leiter Technik, HY-LINE Computer Components

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