Am 10. August 2017 endete im kalifornischen Santa Clara der Flash Memory Summit, auf dem die Massenspeicher- und Halbleiterhersteller neue Flash-Produkte präsentierten. Die Marktanalysten von Gartner erwarten im Mainstream-PC-Markt eine jährliche Zunahme der SSDs um 20 Prozent über den Zeitraum von 2016 bis 2021. Dies zeigt, dass die Verdrängung von rotierenden Festplatten schnell voranschreitet.

Noch ein Bit mehr pro Zelle

Auf Chip-Ebene kündigte Western Digital seine X4-Technik für die 3D-NAND-Speicherarchitektur BiCS an. BiCS steht für Bit Column Stacked und ist das 3D-Herstellungsverfahren für Flash-Speicher von Toshiba, das seit 2015 produziert wird. Gegenwärtig werden BiCS3-Bausteine mit 64 Schichten gefertigt. Western Digital erweitert die Speicherkapazität dieser Bausteine nun, indem nicht nur drei Bit pro Speicherzelle (Triple Level Cell) sondern vier Bit gespeichert werden (X4 oder Quad Level Cell). Damit kann ein einzelner Flash-Chip 768 Gbit speichern. Im Online-Shop von Western Digital sind die entsprechenden Laufwerke in M.2- und 2,5-Zoll-Bauform mit Kapazitäten von 256 GB bis 2 TB bereits vorhanden, aber noch nicht bestellbar. Verfügbarkeit: "Sommer 2017". Auch für die nächste BiCS-Generation, BiCS4 mit 96 Lagen, hat Western Digital die Verwendung der X4-Technik bereits angekündigt. Ein Termin wird dafür allerdings noch nicht genannt – in diesem Jahr ist mit den neuen Chips auch nicht mehr zu rechnen.

Über die Langlebigkeit der X4-Speicherzellen macht Western Digital keine Aussage. Immerhin muss der Controller für die vier Bit pro Zelle 16 verschiedene Spannungslevel zuverlässig unterscheiden können. Schon der Umstieg von zwei auf drei Bit pro Zelle brachte einen deutlichen Einbruch der möglichen Schreibzyklen: von ca. 10.000 auf 1.500. 3D-Flash-Speicher werden allerdings mit größeren Strukturbreiten als planare Flash-Speicher hergestellt. Dadurch wird die Zelle robuster. Toshiba geht davon aus, dass die Haltbarkeit von Quad-Level-Zellen fast so groß ist wie die von Triple-Level-Zellen.

Neue Consumer- und Server-SSDs von Toshiba

Bisher bleibt Toshiba selbst aber noch bei der TLC-Technik. Die auf dem Flash Memory Summit vorgestellte SG6-SSD-Serie nutzt die aktuellen BiCS-Bausteine mit 64 Lagen. Die SSDs sind in Kapazitäten von 256, 512 und 1024 GB verfügbar und für Mainstream-PCs bestimmt. Die Datentransferrate erreicht bis zu 550 MB/s beim Schreiben und 535 MB/s beim sequenziellen Lesen. Auch diese Produktgeneration ist bisher nur "für ausgewählte Kunden" verfügbar. Erst später im Jahr kommen die Speichergeräte, die es im M.2- und 2,5-Zoll-Format gibt, in die Läden.

Für Firmenkunden und den Einbau in Server hat Toshiba ebenfalls auf Basis der Chipgeneration BiCS3 die SSD-Generationen PM5 mit SAS-Interface und CM5 mit NVMe-Anschluss vorgestellt. Die PM5-Serie gibt es mit Speicherkapazitäten bis 30,72 TB im 2,5-Zoll-Formfaktor. Dank Multilink-SAS liegt die sequenzielle Schreib- bzw. Lesergeschwindigkeit bei bis zu 2720 MB/s bzw. 3350 MB/s. Die CM5-Serie ist mit einem NVMe-Interface (Non-volatile Memory Express), einer Abwandlung von PCI-Express, ausgestattet. Die maximal mögliche Kapazität im 2,5-Zoll-Gehäuse beträgt hier "nur" 15,36 TB.

NGSFF: Neue Bauform für Server-SSDs

Bei Samsung heißen die 3D-Flash-Speicherchips "V-NAND" – Vertical NAND. Im Jahr 2018 will Samsung einen V-NAND-Chip mit einer Kapazität von 1 Tbit vorstellen. Durch Stapeln von 16 solchen Chips in einem Gehäuse soll es einen 2-TB-Baustein in einem einzigen Package geben.

Für Server-Anwendungen bemustert Samsung eine SSD mit 16 TB im NGSFF-Format. Diese Bauform ähnelt mit 30,5 x 110 x 4,38 mm³ der maximalen Größe von M.2 und erlaubt auf Basis der 16-TB-Produktgeneration eine Speicherdichte von bis zu 576 TB in einem 1U-Server. Die Bauform NGSFF wurde von Intel entwickelt, um Rackserver mit einer Speicherkapazität von einem Petabyte zu bauen, was wohl mit der nächsten Generation von Speicherbausteinen möglich wäre. Samsung will mit Industriepartnern zusammenarbeiten, um das NGSFF-Format zu standardisieren. Das erste NGSFF-Produkt soll noch im vierten Quartal 2017 auf den Markt kommen.

Controller für industriellen Flash-Speicher

Während die Server-SSDs maximale Kapazitäten und Transferraten benötigen, kommt es bei industriellen Anwendungen auf Langlebigkeit und Zuverlässigkeit an. Um diese Aspekte kümmert sich z.B. der Controller-Hersteller Hyperstone aus Konstanz am Bodensee. Der neue Flash-Controller F9 für CompactFlash enthält "hyReability"-Funktionen für langfristigen Datenerhalt und Vorsorgemaßnahmen gegen Datenverlust im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung. Das Speicherkartenformat CompactFlash ist zwar im Endkundensegment von den SD-Karten verdrängt worden, wird aber noch für einige professionelle Digitalkameras eingesetzt und in der Industrie. Der F9-Controller unterstützt Schreibraten bis 120 MB/s und wahlfreies Schreiben mit bis zu 4000 IOs pro Sekunde. Er kann SLC-, pSLC-, MLC- und 3D-NAND-Bausteine ansteuern. Eine Secure-Boot-Funktion schützt vor dem unbefugten Austauschen der Firmware. Das Ultra-Low-Alpha Package reduziert Soft Errors, die durch Alphastrahlung verursacht werden. Der Controller arbeitet im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C.

Der Schutz der Daten im Falle eines Stromausfalls ist auch der Zweck der "PowerGuard"-Funktion, die Spectra auf seinen SSD-Laufwerken der Serie M336 anbietet. Kondensatoren, die während des regulären Betriebs ständig geladen sind, sorgen bei Stromausfall dafür, dass Schreibvorgänge noch abgeschlossen werden. Die Speicher gibt es im 2,5-Zoll-Format mit 32 bis 512 GB und als mSATA-Module in drei Ausführungen zu 32, 64 und 128 GB.