NAND-Flash 101: Bewältigung der Herausforderungen dramatischer Temperaturänderungen in NAND-Flash mit X-Temp

Eine Technologie, die Zuverlässigkeit und Datenintegrität gewährleistet und gleichzeitig die Leistung aufrechterhält

Author Zephy Chen | 14. März 2022 | Alle, NAND-Flash 101, Technologie

Überwindung der Herausforderungen dramatischer Temperaturänderungen im NAND-Flash mit X-Temp

Als leuchtender Stern unter den Speichergeräten SSDs werden zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt. Im Gegensatz zu den Standardanwendungsfällen von Verbraucher- oder Industrie-Datenspeichergeräten müssen SSDs jedoch zu den Fahrzeugen passen, in denen sie eingesetzt werden, indem sie mit verschiedenen rauen Umgebungen zurechtkommen, die von Eiswelten bis hin zu rauen Wüsten reichen, und gleichzeitig schnelle Temperaturschwankungen bewältigen.

Der Kreuztemperatureffekt, der durch Lesen und Schreiben bei unterschiedlichen Temperaturen entsteht, war schon immer eine enorme Herausforderung für NAND-Flash. Es ist auch ein Problem, das viele SSD-Hersteller dringend angehen wollen. Als führendes Unternehmen in der Entwicklung der Speicherbranche Phison hat eine neue Lösung namens X-Temp vorgeschlagen (benannt nach dem Kreuztemperatureffekt). So trägt X-Temp dazu bei, die Zuverlässigkeit und Datenintegrität von NAND-Flash auch bei starken Temperaturschwankungen aufrechtzuerhalten.

Die Schwächen von NAND-Flash

NAND-Flash besteht aus Millionen von Floating-Gate-Transistoren, die dazu dienen, Elektronen im Gate einzufangen. Durch die Erkennung der Anzahl der Elektronen unterscheidet NAND-Flash zwischen Bit 0 und Bit 1. Diese Struktur macht die Datenspeicherung effizient und unkompliziert, wirft jedoch bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen auch zwei erhebliche Probleme auf:

1. Elektronenflucht: Wenn hohe Temperaturen erreicht werden, werden elektronische Aktivitäten immer aktiver und es wird für das Floating-Gate schwieriger, Elektronen wie erwartet einzufangen, was zu einem Anstieg der Fehlerbits führt.

2. Kreuztemperatureffekt: Speicherzellen werden aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (Widerstandsgrad, der sich mit der Temperatur ändert) hergestellt. Wenn sich die Temperatur von niedrig nach hoch oder von hoch nach niedrig bewegt, erhöht sich die Schwellenspannung V_TH hat eine deutlichere Temperaturverschiebung als die Referenzspannung V_R [1]. Dieser Temperaturunterschied führt dazu, dass beim Schreiben und Lesen bei unterschiedlichen Temperaturen Fehlerbits generiert werden.

Obwohl die Firmware einer SSD über viele Fehlerkorrekturmechanismen verfügt, ist eine große Anzahl von Fehlerbits, die durch extreme Temperaturschwankungen verursacht werden, immer noch schwer zu beheben und führt zu nicht korrigierbaren Daten, was für den Host oder Benutzer inakzeptabel ist.

Wie X-Temp diese Temperaturprobleme behebt

Stellen Sie sich vor, wie heiß Ihr Auto an einem sonnigen Tag mit 100 °F wird. Die tatsächliche Temperatur kann Sie überraschen; Ein dunkles Armaturenbrett oder Lenkrad kann bis zu 157 ̊F erreichen [2].

Dies bedeutet, dass elektronische Geräte in einem Fahrzeug extremen Temperatur- und Temperaturwechselbedingungen ausgesetzt sein können. Das Cross-Temperature-Problem stellt eine außerordentlich große Herausforderung für die Speicherung dar, insbesondere in 3D-NAND-Geräten, die die Datenfehlerbits erhöhen und schließlich zu Daten-UECC-Fehlern (Uncorrectable Error Correction Code) führen wird.

Das Schreiben bei niedriger Temperatur und das Lesen bei hoher Temperatur sind das Worst-Case-Szenario für Datenfehler [3]. Um dieses Problem zu lösen, hat Phison einen innovativen Algorithmus namens X-Temp entwickelt, dessen Kernkonzept darin besteht, die Daten durch Verweise zu aktualisieren die dynamische Temperaturdifferenzerkennung. Wenn Daten auf den NAND-Flash geschrieben werden, wird auch eine Reihe von Flags aufgezeichnet, die die aktuelle Temperatur darstellen. Sobald die Temperaturänderung einen bestimmten Bereich überschreitet, führt dies zu einem entsprechenden Anstieg des UECC. Als Vorsichtsmaßnahme aktualisiert die Firmware die riskanten Daten im Hintergrundmodus, indem sie die Daten in einen Ersatzblock neu schreibt.

Die X-Temp-Funktion kann sicherstellen, dass Daten bei nahezu der gleichen Temperatur geschrieben und gelesen werden, wodurch die Datenintegrität auch in Umgebungen mit extremen Temperaturunterschieden gewährleistet wird.

Phison – Ihr führender Partner für die Datenspeicherung im Automobilbereich

In Automobilanwendungen stellen vielfältige Temperaturschwankungen seit jeher eine erhebliche und unvermeidbare Herausforderung dar und führen zu einem Anstieg der Bitfehlerraten im NAND-Flash. Phison hat sich seit jeher der Bereitstellung robuster Speicherlösungen verschrieben. Durch die aktive Beteiligung an der Datenverwaltung trägt die X-Temp-Funktion dazu bei, dass SSDs in allen Automobilanwendungen zuverlässiger sind.