Stufe drei: alles sichern
DRAM wird in hochwertigen SSDs eingesetzt, um deren Performanz zu erhöhen und die Schreibverstärkung (WAF) zu verringern. Bei den bisher beschriebenen Stufen der Power-Fail-Mechanismen sind die Daten im DRAM ungeschützt. Sollen diese bei einem Stromausfall sicher in den Flash-Speicher geschrieben werden – man spricht in diesem Zusammenhang von härten -, braucht es eine aufwendigere Schaltung und höhere Energiereserven aus Kondensatoren. An erster Stelle steht hier für den Hersteller die Wahl geeigneter Kondensatoren. Richtet man den Blick allein auf die Energiespeicherkapazität, so bieten sich Superkondensatoren an. Diese können eine ausreichende Menge Energie speichern und sie bei Spannungsabfall zur Verfügung stellen. Superkondensatoren werden daher in IT-Anwendungen vielfach eingesetzt. Allerdings spielen bei SSDs für industrielle oder andere anspruchsvolle Anwendungsszenarien außerhalb der kontrollierten Bedingungen von Rechenzentren neben der Kondensatorkapazität noch andere Faktoren eine Rolle. Da die Superkondensatoren ’nass‘ sind, also ein flüssiges Elektrolyt enthalten, können sie sich bei hohen Temperaturen und Überspannungen aufblähen und dabei sich und benachbarte Bauteile zerstören. Bei der Entwicklung der Power Loss Protection für die Swissbit X-60P SSD wurden deshalb zwei wichtige Entscheidungen getroffen: So hält der Speicherspezialist die Energiereserven für die Härtung der DRAM-Inhalte nicht über einen Superkondensator, sondern mit einer Bank parallel geschalter Kondensatoren vor – und zwar nach dem Redundanzprinzip n+1 sogar mit einem Kondensator mehr als nötig, um im Falle eines Ausfalls Reserven zu haben. Die zweite Entscheidung: Swissbit nutzt Polymer-Tantalum-Kondensatoren mit trockenem Elektrolyt und damit ein hochwertiges und langlebiges Modul, das Temperaturen von -55 bis +105°C schadlos übersteht.
Die Power-Fail-Schaltung
Die Bank der langlebigen Kondensatoren ist in eine spezielle Power-Fail-Schaltung integriert. Ein Power Manager genannter Chip verwaltet die Stromversorgung. Im Normalbetrieb nimmt er die vom Host kommende Spannung an und versorgt die SDD. Gleichzeitig lädt er die Kondensatorbank auf eine höhere Spannung auf. Wird ein Spannungsabfall detektiert, schaltet der Power Manager die Stromversorgung vom Host auf die Kondensatoren um. Gleichzeitig gibt der Chip das Power-Fail-Signal aus, das die Datenhärtungssequenz durch den Controller anstößt. Ist das Schreiben ins Flash abgeschlossen, erfolgt das ‚Harden Done‘-Signal, das die Spannungsversorgung der SSD geordnet herunter fährt.
Fazit
Es sind vor allem vier Merkmale, die hochwertige Industrie-SSDs von Server-SSDs oder Consumer-SSDs unterscheiden: Die genannten Mechanismen zum Schutz vor Datenverlust bei Stromausfall,
