Beeinträchtigt die Kühlung der NAND-Chips auf einer SSD deren Zuverlässigkeit?

Das Problem der Wärmeableitung bei Hochleistungs-SSDs mit kleinem Formfaktor ist bekannt, beispielsweise aus dem Papier Transient Thermal Analysis for M.2 SSD Thermal Throttling, das 2018 auf der 17. IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems veröffentlicht wurde Zustände:

Die Solid State Drive (SSD)-Technologie schreitet weiter in Richtung kleinerer Stellflächen mit höherer Bandbreite und der Einführung neuer E/A-Schnittstellen im PC-Marktsegment voran. Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit verschärfen sich im Designprozess, um spezifische Anforderungen zusammen mit der Entwicklung der SSD-Technologie zu erfüllen. Um diese aggressiven Leistungsanforderungen zu erfüllen, ist ein wichtiges Problem die thermische Drosselung. Wenn sich die NAND- und ASIC-Sperrschichttemperaturen ihren sicheren Betriebsgrenzen nähern, wird eine Leistungsdrosselung ausgelöst und somit würde der Stromverbrauch entsprechend sinken.

Wenn es der Platz zulässt, ist natürlich das Hinzufügen eines riesigen Kühlkörpers eine mögliche Lösung für dieses Problem, es gibt viele Produkte auf dem PC-Gaming-Markt. Ich sehe auch, dass viele passive M.2-zu-PCI-E-Adapter auf dem Markt integrierte Kühlkörper haben, indem sie einen riesigen Kupferguss mit Verbindung zur Masseebene unter dem M.2-Anschluss hinzufügen.

Aber man kann viele Beiträge ohne Quelle in zufälligen Computer-Hardware-Foren finden, die behaupten, dass die NAND-Chips niemals gekühlt werden sollten. Es wird behauptet, dass sie eigentlich darauf ausgelegt sind, sich selbst auf eine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, und das Hinzufügen eines Kühlkörpers zu den NAND-Chips beeinträchtigt ihre Zuverlässigkeit. Hier sind einige Beispiele.

Eine Behauptung lautet,

Kühlen Sie die NAND-Chips nicht selbst!

Sie erwärmen sich konstruktionsbedingt selbst auf Betriebstemperatur, Abkühlung bedeutet, dass sie ständig Strom ablassen, um die Temperatur zu erreichen, und mit einer geringeren Lebensdauer arbeiten (vereinfacht: höhere Betriebstemperatur = geringerer Energieaufwand zum Setzen / Löschen von Zellen = weniger Verschlechterung). jeder Zelle pro Schreib-/Löschzyklus).

Eine andere Behauptung lautet,

Das Kühlen des NAND ist schlecht. Sie möchten, dass der NAND warm läuft und warm bleibt. Da seine Temperatur schwankt und sich abkühlt, wenn Sie plötzlich eine große Datei übertragen (Lesen oder Schreiben, ich kann mich nicht erinnern), während der NAND keine Zeit hatte, sich zuerst wieder aufzuwärmen, kann dies die Lebensdauer erheblich verkürzen das NAND.

Es klingt nicht richtig für mich. Es deutet darauf hin, dass die NAND-Chips auf den Selbsterhitzungseffekt angewiesen sind, um eine optimale Betriebstemperatur zu erreichen, was ich noch nie zuvor gehört habe. Die einzigen mir bekannten Chips mit Selbsterwärmung sind die „Super-Zener“-Spannungsreferenzen LM199/299/399 von National und der LT1088 Thermal RMS-DC Converter von Linear Technology. Aber ich glaube nicht, dass NAND-Chips etwas mit Selbsterhitzung zu tun haben.

Ich habe versucht, diese Aussage zu überprüfen und/oder zu entlarven, indem ich zunächst nach einem NAND-Chip-Datenblatt suchte, das in einigen neueren SSDs gefunden wurde. Ich ging zu Digikey und Mouser, stellte den Filter auf die höchste Speicherdichte und sortierte sie nach Preisen. Leider scheint es, dass Datenblätter nicht verfügbar sind (alle unter NDA? Ich suche an der falschen Stelle?).

Haben diese seltsamen Aussagen eine sachliche Grundlage?

Bitte geben Sie die Referenz für den von Ihnen geposteten Anspruch an - fügen Sie einen Hyperlink hinzu.
anandtech.com/show/15182/… Es ist ein Benutzerbeitrag.

Antworten (3)

Das Paper Influence of temperature of storage, write and read operations on multiple level cells NAND flash memorys von 2018 zeigt die folgende Grafik, die darauf hindeutet, dass das Schreiben auf Flash-Zellen bei einer Temperatur von 25°C oder niedriger im Vergleich zu früheren Problemen beim Lesen führt Schreiben bei 85°C.

In ihrer Diskussion leiten sie folgende Argumentation ab:

Die meisten NAND-Flash-Speicher implementieren den Fowler-Nordheim-Tunneleffekt 1 , um während des Schreibvorgangs Ladungen durch das schwebende Gate [7] zu injizieren. Während Schreibzyklen steuert die Programmierschaltung die Ladung der Zellen, um einen ausreichenden Spannungsschwellenspielraum sicherzustellen. Es wird angenommen, dass die Schreibverwaltungsschaltung wahrscheinlich bei niedrigen Temperaturen driftet. Tatsächlich ändern sich Transistorparameter (Schwellenspannung und Verstärkung) mit der Temperatur, was wiederum Verschiebungen des Drainstroms induziert.

Und im Fazit fassen sie zusammen:

Schreibvorgänge bei niedrigen Temperaturen führen zu einer Verkürzung der Datenerhaltungszeit, wahrscheinlich nicht aufgrund einer Verschlechterung der Zelle, sondern aufgrund parametrischer Drifts der in den Chip eingebetteten Elektronik, die für Schreibvorgänge bestimmt ist.

Dies deutet darauf hin, warum der in der Frage zitierte Kommentar dies sagen könnte.
Aber in der Praxis würde ich davon ausgehen, dass dieser Effekt nicht relevant ist, da eine bessere Kühlung des Blitzes dem Blitzcontroller einfach mehr Spielraum für höhere Leistung bei gleicher Temperatur gibt (unter der Annahme einer Kühlung mit einem herkömmlichen Kühlkörper). Nachdem ich die obigen Messungen gesehen habe, würde ich meine SSD jedoch NICHT mit LN2 kühlen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
https://doi.org/10.1016/j.microrel.2018.06.088

Danke für den Beitrag! Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass das Hinzufügen eines Kupfergusses, der mit der Masseebene eines PCI-E-Adapters verbunden ist, einen NAND-Chip auf 25 ° C kühlt (unabhängig davon, ob es sich um eine Sperrschicht oder eine Umgebungstemperatur handelt). Ich würde sagen, das Gehäuse ist geschlossen und sie sind absolut sicher Entwürfe.
Das ist ein interessanter Fund dort. Es zeigt deutlich, dass die Wirkung der hohen Temperatur gegenüber der Belastung dominiert, die durch das Schreiben bei niedrigeren Temperaturen induziert wird. Genau das Papier, das ich gesucht, aber nicht gefunden habe.

Erstens glaube ich nicht, dass sich Flash-Chips aktiv erwärmen (z. B. nicht begegnet sind). Sie werden nur heiß, wenn sie wie eine CPU verwendet werden. Stromverbrauch und Temperaturmessungen von SSDs scheinen ebenfalls darauf hinzudeuten (sie würden im Leerlauf ziemlich viel Strom verbrauchen, um auf optimaler Temperatur zu bleiben).

Ich denke, die Behauptung betrachtet nur eine Sache und nicht das Gesamtbild. Dieser Artikel auf EEWEB zeigt zwei Dinge, die zu beachten sind. Raw Bit Error Rate (RBER) und Datenaufbewahrung. Es gibt eine deutliche Erhöhung der RBER mit abnehmender Temperatur, aber gleichzeitig nimmt die Datenerhaltung mit höheren Temperaturen deutlich ab.

Es sind wahrscheinlich verschiedene Fehlermodi am Werk, die bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich beitragen. Da die Datenerhaltung bei erhöhten Temperaturen (über 55°C) deutlich abnimmt, würde ich versuchen, es relativ kühl zu halten.

Die Daten deuten darauf hin, dass es keine negativen Auswirkungen hat, bei Raumtemperatur zu bleiben, wo die Datenspeicherung immer noch viel besser ist als bei höheren Temperaturen.

Bei Temperaturen unter 25 °C ist es überraschend schwierig, etwas über die Retention und Ausdauer zu finden.

Wie wahr ist diese Behauptung?

Meiner Meinung nach: Das ist völlig falsch .

Soweit ich weiß, gibt es keine "optimale" Temperatur, die höchste Temperatur, bei der die Chips funktionieren, wird durch die Temperaturregelung auf dem Chip begrenzt. Die Chips bremsen sich ab, wenn die maximale Betriebstemperatur erreicht ist. Verlangsamen bedeutet weniger Stromverbrauch und weniger Wärmeerzeugung, sodass sich die Temperatur der Chips auf einem vom Chip gesteuerten Maximalwert stabilisiert.

Wenn ein Kühlkörper angebracht ist, kann mehr Leistung in den Chips abgeführt werden, während sie dieselbe Temperatur haben. Ein Kühlkörper hilft dabei, die Wärme von den Chips abzuführen. Da mehr Leistung abgeführt werden kann, können die Chips mit einer höheren Geschwindigkeit laufen.

höhere Betriebstemperatur = geringere Energiezufuhr zum Setzen/Löschen von Zellen = weniger Verschlechterung jeder Zelle pro Schreib-/Löschzyklus

Ich bezweifle, dass die Energiemenge, die zum Schreiben in eine Zelle benötigt wird, so sehr von der Temperatur abhängt. Außerdem scheint sich dies nur auf das Schreiben in Zellen und nicht auf das Lesen zu beziehen. Es ist erwiesen, dass die Kühlung einer SSD deren Leseleistung erhöht.

Der Autor des Artikels (Sie sollten einen Link einfügen, wo er Ihnen gefällt) scheint nicht sehr gut zu verstehen, wie Flash-Speicher funktioniert.

Ihre persönliche Meinung spielt überhaupt keine Rolle und ist furchtbar falsch. Sie verwechseln, was der Controller und die eigentlichen NANDs tun. Wenn Sie die Zeitung gelesen hätten, wüssten Sie, dass Ihr letzter Satz auch einfach falsch ist. Du füllst dein Unwissen mit „Meinungen“ und wagst es dann sogar, die Op zu diskreditieren?
Beeinträchtigt die Kühlung der NAND-Chips auf einer SSD deren Zuverlässigkeit?
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