Diskussionen um Zuverlässigkeit von 25-Nanometer-Flash

Obwohl das Joint-Venture IMFlash der Partner Intel und Micron angeblich schon seit einem Dreivierteljahr NAND-Flash-Chips mit 25-Nanometer-Strukturen fertigt, kann man bisher noch fast keine Solid-State Disks (SSDs) kaufen, die damit bestückt wären. Das überrascht, weil die neuen Bauelemente eigentlich höhere Kapazitäten zum gleichen Preis ermöglichen sollten. Doch Hersteller Intel, von dem man ursprünglich schon 2010 eine neue SSD-Generation mit 25-nm-Flashes erwartet hatte, bringt wohl demnächst erst einmal neue SATA-6G-Produkte mit den bisherigen 34-nm-Chips heraus. Und die bereits auf der CES angekündigte "25-nm-SSD" von Micron/Crucial (RealSSD C400) ist noch nicht erhältlich.

Für Verunsicherung sorgt nun die Firma OCZ Technology: Einerseits meldete sie in der vergangenen Woche, als erster SSD-Hersteller den Umstieg auf Flash-Bauelemente der 20-Nanometer-Klasse vollzogen zu haben. Dabei betont sie, dass damit bestückte SSDs genauso zuverlässig seien wie ältere Produkte. Andererseits hat sie aber sonst nahezu unveränderte Versionen von zwei SSDs der Vertex-2-Serie mit 64 und 128 GByte Bruttokapazität und 25-nm-Flashes verkauft, bei denen die Firmware statt zuvor 60/120 GByte nur noch 55/118 GByte zugänglich macht. Ungeschickterweise hatte OCZ diesen Schritt damit begründet, dass die Firmware dadurch die Zuverlässigkeit der SSDs verbessern solle. Überdies bietet OCZ ein Austauschprogramm für Käufer an, die [Update: eine SSD mit 2X-nm-Flash mit 64-Gigabit-Chips erwischt haben; sie erhalten auf Wunsch eine Version mit doppelt so vielen 32-GBit-Chips, die schneller arbeiten kann].

In zahlreichen Internetforen sind nun Diskussionen darüber entbrannt, wie zuverlässig SSDs mit NAND-Flash-Chips mit aktuellen Fertigungsstrukturen sind. Micron versucht mit einem Blog-Eintrag, die Gemüter zu beruhigen: Die neue C400 sei ebenso zuverlässig wie ihre Vorgängerin. Die 64-GByte-Ausführung verkrafte es, rund fünf Jahre lang täglich mit 20 GByte an Daten beschrieben zu werden, also mit insgesamt 36 TByte. Die Versionen mit 128 bis 512 GByte seien sogar für 72 TByte "Total Bytes Written" (TBW) ausgelegt.

NAND-Flash-Chips, aus denen Solid-State Disks aufgebaut sind, lassen sich praktisch unbegrenzt oft auslesen, verkraften aber nur eine gewisse Maximalzahl an Schreib- beziehungsweise Löschzyklen. Diese sogenannte "Endurance" hängt von zahlreichen Faktoren ab und sinkt üblicherweise mit schrumpfender Größe der Speicherzelle sowie auch mit der Zahl der pro Zelle gespeicherten Bits – Multi-Level-Cell-(MLC-)Flashes sind empfindlicher als Single-Level-Cell-(SLC-)Bausteine. Wear-Leveling-Algorithmen, die der SSD-Controller – heute meistens im Verbund mit einem DRAM-Puffer – ausführt, verteilen die Schreibzugriffe über die gesamten zur Verfügung stehenden Flash-Zellen und auch Reserveblöcke. Dadurch liegt die Zahl der Schreibzyklen, die die gesamte SSD verträgt, sehr viel höher als die der einzelnen Zellen.

Bezeichnenderweise allerdings veröffentlichen die NAND-Flash-Hersteller – Samsung ist auch hier Marktführer, gefolgt von Toshiba, dann kommen Micron, Intel, Hynix und andere – kaum konkrete Endurance-Daten für ihre jeweils jüngsten Chips. SLC-Chips werden aber nach wie vor auf rund 100.000 Schreib-Lösch-Zyklen ausgelegt. Bei älteren MLC-Chips waren 10.000 Zyklen üblich. Laut Micron sind es bei den 34-nm-Flashes aber nur noch 5000 Zyklen (PDF-Datei). Ein Hinweis zum neuen ClearNAND deutet an, dass nun nur noch 3000 Zyklen (3k) spezifiziert sind – darin ist die ECC-Fehlerkorrektur im Chip bereits eingerechnet.

Grundsätzlich lässt sich dieser Nachteil durch optimierte ECC- und Wear-Leveling-Algorithmen des Controllers ausgleichen. Doch Third-Party-Hersteller wie OCZ, die NAND-Flash- und Controller-Chips ganz unterschiedlicher Hersteller kombinieren, haben anscheinend mit der Anpassung der Controller-Firmware zu kämpfen. So deuten die Release Notes (PDF-Datei) zur Firmware 1.29 der Vertex 2 etwa an, dass es spezielle Performance-Probleme in einem Benchmark gibt, wenn die SSD mit bestimmten 32-nm-Chips von Hynix bestückt ist. (ciw)