Daten bei Spannungsausfall, Schock und Vibration Per SSD sichern

Save the data

In der industriellen Anwendung gilt es beim Thema Speicher einige Dinge zu beachten: Was passiert bei kurzzeitigem Spannungseinbruch während des Schreibvorgangs? Wie sieht es aus mit der Datensicherheit bei Vibration oder Schockbelastung der Speicher und in welchem Temperaturbereich arbeiten sie zuverlässig? Anwendungen im Maschinenbau, bei Baumaschinen, mobilen Geräten für Labor und Gewerbe verlangen robuste Lösungen.

Die PLP-Funktion kann eine rund 40 mal längere Stromversorgung des Speichers sicherstellen als sonst üblich. (Bild: Cervoz)

Wählt man den richtigen Speicher zur Anwendungsanforderung, ist sichergestellt, dass diese auch bei widrigen Umgebungsbedingungen über lange Zeit zuverlässig funktionieren. Für die gewerbliche oder industrielle Nutzung bietet Hy-Line spezielle, besonders robuste Flashspeicher von Cervoz an. Herkömmliche mechanische Festplatten sind sperrig und auch gegenüber mechanischen Einwirkungen in Betrieb und Lagerung relativ empfindlich. Moderne Flashmodule punkten hier mit Platzersparnis und Stabilität. Aber sind Daten dabei auch wirklich sicher? Je nach Anwendung lauern verschiedene Tücken: Stromausfälle, Vibration, Erschütterung und Temperaturschwankungen sind in der Industrie aber auch bei Anwendungen in Messgeräten für Medizin, Forschung und sogar elektronischen Registrierkassen nie auszuschließen. Auch sollte man bei exzessiver Speichernutzung beachten, dass die maximale Anzahl der Schreibvorgänge, auch Ausdauer oder Endurance genannt (siehe Technikkasten), deutlich geringer ist als bei Festplatten.

Industriegerecht ausgelegt

Eine Lösung mit ‚gehärteten‘ Speichern wie im militärischen Bereich ist im gewerblichen Einsatz zu teuer und zudem meist auch 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. Hy-Line legt 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, bspw. Schreib- und Lesegeschwindigkeit. So sind wichtige Daten aus der Fertigung, z.B. 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 (‚SMART‘ = Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) kann der Anwender diese Alterung des Speichermediums verfolgen und es bei Bedarf präventiv austauschen. So kann der Anwender reagieren, bevor es zum Ausfall kommt. Zusätzlich nutzt der Controller das sogenannte ‚Wear Leveling‘, d.h. er verwendet alle physikalischen Blöcke des Speichers ‚reihum‘, selbst wenn das Betriebssystem immer auf den selben logischen Block für das Inhaltsverzeichnis des Mediums zugreifen möchte. Auch diese Methode verbessert Lebensdauer und Zuverlässigkeit weiter.

Interner ‚Notstrom‘

Mobile Geräte können auch mal herunterfallen, so dass sich der Akku kurzzeitig von der Kontaktfeder löst. Häufiger sind aber Fälle bei denen in industriellen Anwendungen der Strom ausfällt, die Netzspannung stark schwankt oder über Netzstecker bzw. (Not)ausschalter verloren geht, bevor das Gerät heruntergefahren wurde. Ein solcher Stromausfall während des Speichervorgangs kann zu Datenverlust führen. Abhilfe schaffen beispielsweise robuste SSD-Speicher von Cervoz mit einer Power Loss Protection (PLP). Dabei übernehmen Tantal-Kondensatoren auf der Speicherplatine die Energieversorgung, falls es zu Spannungsschwankungen kommt und stellen sicher, dass ein Schreibprozess immer abgeschlossen werden kann. Die PLP-Funktion kann dabei eine rund 40mal längere Stromversorgung des Speichers sicherstellen als sonst üblich (Bild 1). Damit sind kritische Anwendungen und Einsatzbereiche bei Fahrzeugen, medizinischem Gerät oder Industrie vor Datenverlust geschützt. Je nach Anforderung gibt es die stromgestützten Speicher mit 32 bis 128GB Speichervolumen.

Auftragen eines Kunstharzes zwischen den Kanten von Leiterplatte und Halbleiter-Chips verhindert, dass Lötverbindungen sich bei Vibration oder Schock lösen. (Bild: Cervoz)

Mechanisch robust

Der Fall eines Gerätes auf den Boden, Schock oder erhöhte Vibration sind im Feldeinsatz im industriellen Umfeld nicht selten. Dadurch können sich mit der Zeit Verbindungen wie Lötstellen lösen oder Leiterbahnen und Platinen Risse ausbilden. Beides kann zu unkontrollierbaren Ausfällen des Speichers führen. Mechanisch besonders robust ausgeführte Speicher verwenden deshalb eine Anti-Vibration-Füllung, um Bauteile, Lötstellen und Platine sicher zu schützen. Dabei wird durch Auftragen eines Epoxidharzes zwischen den Kanten von Leiterplatte und Halbleiter-Chips verhindert, dass Lötverbindungen sich lösen (Bild 2). Gleichzeitig wirkt die Harzraupe stabilisierend und dämpfend auf den Platinenkörper. Das Anti-Vibration Fill verlängert so die Lebensdauer bei Anwendungen mit Vibrationen, wie der Fahrzeug-Elektronik, Maschinenautomatisierung oder bei mobilen Geräten. Mechanisch robuste Speicher werden in drei Serien angeboten: die Dimm bzw. So-Dimm Serie mit Betriebsbereich 0…70°C, die Wide Temperature Serie für -40…85 °C Betriebsbereich und die Server-Serie mit ECC und ECC mit Registered Dimm.

Extreme Temperaturen

Probleme können auch Temperaturschwankungen bereiten. In bau- und landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Geräten werden heute viele Daten gesammelt und verarbeitet. Die Anwendungen reichen von der Eigenbedarfstankstelle bis zum Precision Farming. Bei extremer Winterkälte oder brütende Hitze im Sommer machen Standard-Speicher keine gute Figur; dazu kommt noch die Luftfeuchtigkeit bzw. kondensierende Feuchte. Richtig ausgelegte Wide Temperature Grade Ausführungen für den gewerblichen Einsatz dagegen verkraften im Einsatz -40 bis +85°C. Die Luftfeuchtigkeit darf dabei bis zu 95% bei 55°C betragen im Gegensatz zu nur 90% bei 40°C in der Standardausführung. Damit ist auch ein wechselnder Einsatz zwischen Büro und Kühlhaus oder Winterbetrieb im Freien kein Problem. Thermoschock oder Thermozyklen innerhalb der Spezifikation haben keinen Einfluss auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Speicherfunktion. Dazu werden nur ausgesuchte Bausteine für den erweiterten Temperaturbereich von Toshiba verwendet und die fertigen Speicher zu 100% geprüft.

Autoren: Dipl. Ing. Rudolf Sosnowsky,
Leiter Technik,
Hy-Line Computer Components Vertriebs GmbH
www.hy-line.de
Dipl. Chem. Andreas Zeiff,
Redaktionsbüro Stutensee
www.rbsonline.de