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Flash-Speicher als SSD: Performance entscheidet

| Autor/ Redakteur: Rudolf Sosnowsky / Kathrin Schäfer

Beim Einsatz von Flash-Speichern als SSD (Disk auf einem Chip) kommt es auf die Performance, nämlich Zugriffsgeschwindigkeit, Datenintegrität und Langzeitverhalten, an. Ob bei der Aufzeichnung von Langzeit-EKGs, der Parametrierung von Herzschrittmachern oder der Erfassung bildgebender Systeme, die Daten müssen sicher sein.

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Operative Eingriffe werden oft mit Videoaufzeichnungen dokumentiert. Die Kamera ist in der OP-Leuchte untergebracht, weil von dort aus ein freies Blickfeld auf den Arbeitsbereich besteht.
Operative Eingriffe werden oft mit Videoaufzeichnungen dokumentiert. Die Kamera ist in der OP-Leuchte untergebracht, weil von dort aus ein freies Blickfeld auf den Arbeitsbereich besteht.
(Bild: © satyrenko - stock.adobe.com)
  • Flash-Speichern als SSD
  • Zugriffsgeschwindigkeit, Datenintegrität und Langzeitverhalten
  • Dank kompakter Bauweise sowie geringer Masse ideal für tragbare Medizingeräte und Datenlogger wie Dauer-EKG und Labor- und Analysegeräte

Wer hat sich nicht schon einmal über verlorene Urlaubsfotos geärgert, die auf einem USB-Stick abgespeichert waren – und es jetzt nicht mehr sind. Die Komponenten, die in so einem Billig-Teil verbaut sind, erfüllen nicht die Ansprüche, die im professionellen Umfeld gelten. Im Alltag belasten Schocks und Vibrationen die Kontakte, und häufiges Ein- und Ausstecken bekommt dem Stecker auch nicht gut. Mit dem Einsatz einer SSD auf einem einzigen Chip entfallen einige Sollbruchstellen. Der Chip kann auf die Leiterplatte des Gerätes direkt aufgelötet werden. Dadurch steigt die Sicherheit für die Funktion und gleichzeitig wird eine Manipulation durch Austauschen des Speichermediums verhindert.

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Die wöchentlich erscheinenden Prospekte der Verbrauchermärkte suggerieren, dass letztlich der günstigste Preis pro Gigabyte zählt. Für den Einsatz in lebenswichtigen oder sogar lebenserhaltenden medizinischen Geräten kann das nicht gelten: Der Dreiklang aus Zugriffsgeschwindigkeit, Datenintegrität und Langzeitverhalten muss passen. Eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit ermöglicht einen schnellen Start des Gerätes bis zur Betriebsbereitschaft – man denke beispielsweise an Defibrillatoren –, die gespeicherten Daten müssen unverfälscht wieder ausgelesen werden, und auch nach langer Zeit ohne externe Energieversorgung noch zur Verfügung stehen. Ein Controller bindet den Host über ein Standard-Interface an und hat den Flash-Speicher mit Hilfe einer spezialisierten Firmware unter Kontrolle. Er gibt dem Speicher-Subsystem bei höchster Zuverlässigkeit ein langes Leben und hohe Geschwindigkeit.

Dazu gehört das Wear Levelling, mit dem Schreibvorgänge zur Steigerung der Lebensdauer auf den gesamten Speicher verteilt werden, und das Management defekter Blöcke. Eine weitere Funktion ist die Ansteuerung und Verwaltung eines Caches, um die Zugriffsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Durch die Integration in ein einziges Gehäuse ist die Firmware des Controllers für die Eigenschaften des Speichers optimiert. Die kompakte Bauform sorgt für eine gute thermische Kopplung und Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Für die Evaluierung der SSD auf einem Chip eignet sich gut eine m.2-Steckkarte, die einfach eingesteckt werden kann. Durch die kompakte Bauweise sowie die geringe Masse eignet sich diese Lösung besonders für tragbare Medizingeräte und Datenlogger wie Dauer-EKG und Labor- und Analysegeräte.

Operative Eingriffe werden oft mit Videoaufzeichnungen dokumentiert. Mit den Aufnahmen kann nachvollzogen werden, dass alle Klammern oder Tupfer wieder vollständig sind, und für den Fall von Beschwerden besteht Beweissicherheit. Die Kamera ist in der OP-Leuchte untergebracht, weil von dort aus ein freies Blickfeld auf den Arbeitsbereich besteht.

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Mit der kompakten SSD auf einem Chip kann die Aufzeichnung gleich in der Lampe erfolgen. Sie muss bei den vorherrschenden Temperaturen arbeiten, eine kurze Zugriffszeit für die kontinuierlich eingehenden Videodaten aufweisen und jahrelang immer wieder überschreibbar sein. Konventionelle SD-Karten halten diesen Betrieb nur ein bis zwei Jahre durch.

Handelsübliche Speicher haben in der Medizintechnik nichts verloren

Ein weiteres Anwendungsbeispiel: Besonders in Krankenhaus-Apotheken werden Medikamente in Mengen umgesetzt. Wie kann man die Fehlerrate bei der Ausgabe senken, stets den Lagerbestand kennen und dabei die Verfallsdaten nicht aus den Augen verlieren? Ein Bildverarbeitungssystem scannt und identifiziert jede eingelagerte Medikamentenverpackung mit hoher Auflösung. Der Computer führt dabei Buch über alle Transaktionen und kann jederzeit Auskunft über den Lagerbestand geben. Die dabei eingesetzte SSD muss eine hohe Datentransferrate haben, da die Bilder in rascher Sequenz eingehen, und eine hohe Anzahl Schreibzyklen ermöglichen.

Um die Zuverlässigkeit Flash-basierter Speichermedien in kritischen Applikationen sicherzustellen, muss ein Controller eingesetzt werden, der den Speicher optimal ansteuert und Funktionen zum Wear Levelling, zur Fehlerkorrektur und einem stabilen Betrieb mit gleichbleibend hoher Datenrate auch unter widrigen Betriebsumständen sicherstellt. Die SSD auf einem Chip fasst die wichtigen Funktionsblöcke Host-Controller, Flash-Controller, Flash-Chips und Firmware monolithisch in einem einzigen IC-Gehäuse zusammen und bietet damit die beste Mischung aus Datenintegrität und Kosten-/Leistungsrelation für alle Anwendungen.

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* Der Autor: Rudolf Sosnowsky ist Leiter Technik bei Hy-Line Computer Components.

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