Optimierte DRAM-Lösungen von Innodisk für die Zukunft der 5G-Netzwerke

In Zukunft werden 50% der entstehenden Daten nicht durch Menschen erzeugt, sondern von Systemen in Fahrzeugen und Network Devices. Dabei werden 75% aller Daten bereits am Rande des Netzwerkes, der sogenannten Edge, verarbeitet. Der Markt der Edge Computer wird sich dadurch jährlich um 50% vergrößern und soll 2025 auf eine Umsatzgröße von ca. 30 Milliarden Dollar wachsen. Das weltweite Datenvolumen steigt dabei auf das Fünffache des heutigen Datenverkehrs. Ein selbstfahrendes Fahrzeug, egal ob bemannt oder unbemannt, erzeugt dann Daten von 4 Terabyte pro Tag. Für diese Anwendungen wurde das Mobilfunknetz der fünften Generation, also das 5G Netzwerk definiert. 5G liefert dabei einen um Faktor 100 höheren Datendurchsatz wie LTE, sehr kurze Latenzzeiten im Millisekunden-Bereich und eine hohe Verfügbarkeit und Verlässlichkeit.

Es gibt mehrere Anwendungsfälle für die Nutzung des 5G-Netzes. Der mobile Nutzer benötigt eine hohe Bandbreite beispielsweise für 8K-Video-Streaming, Mobile Gaming und Virtual-Reality-Anwendungen. Für den Betrieb von kabellosen stationären Breitband-Anschlüssen ist ein Datendurchsatz von mehr als 100 Mbit/s wichtig. Weitere Anwendungen sind die Anbindung von Haushaltsgeräten, Gebäudesteuerungen oder Smart Cities an das IoT. Zu den wichtigsten Applikationen zählen zeitkritische Steuerungssystem für das autonome Fahren und der Industrieanlagen-Automatisierung. Dabei steigt die Anzahl der Edge Devices wie mobile Endgeräte, Fahrzeuge, Haushaltsgeräte, Drohnen und andere Komponenten und damit die Menge der Daten dramatisch an. Gleichzeitig müssen sich die Latenzzeiten aufgrund zeitkritischer Anwendungen stark verringern. Man geht davon aus, dass in 5 Jahren 75 Milliarden Edge Devices im Einsatz sind. Laufzeiten unter 10 Millisekunden zwischen Cloud und Nutzer sind notwendig, ohne dabei an Skalierbarkeit und Ressourcen zu verlieren. Leistungsintensive Rechenaktivitäten sollen nicht im Endgerät erfolgen, sondern am Ort der Datenentstehung, so dass sich Antwortzeiten auf wenige Millisekunden reduzieren. So lässt sich auch vermeiden, dass mobile Endgeräte trotz steigendem Funktionsumfang nicht noch komplexer werden, der Energieverbrauch nicht drastisch ansteigt und Gewicht und Kosten im Rahmen bleiben.

Warum Edge Computing so wichtig ist, zeigt sich am Beispiel des Autonomen Fahrens. Ein Fahrzeug steht mehr als 90% seiner Lebenszeit. Man verlagert die Rechenleistung daher in Edge Devices, um keine teuren Computerkomponenten im Fahrzeug zu verbauen und gleichzeitig eine Vielzahl an Fahrzeugen bedienen zu können. Auch bei der Bildverarbeitung und der Videoanalyse von Kameradrohnen ist es sinnvoll, die Datenverarbeitung in Edge Computing Devices zu verlagern, um Gewicht und Kosten der Drohnen im Rahmen zu halten. Weitere Anwendungen sind die Implementierung von Blockchain, die Berechnung von Virtual Reality Modellen oder die Steuerung von Produktionsanlagen in Echtzeit. Dabei muss die Verbindung zum mobilen Endgerät nicht immer zwingend in 5G-Technologie ausgeführt werden. WiFi-Verbindungen können ebenfalls verwendet werden, da sie eine ähnliche Performance wie 5G aufweisen.

5G als neue mobile Kommunikationstechnologie und Edge Computing mit den verwendeten Netzwerktechnologien wie 5G, WiFi 6 und NB IoT bietet die Möglichkeit neuer Smart Services, benötigt aber immensen Speicherbedarf, um die entstehenden Daten in der Edge vorrätig zu halten.

Viele 5G-Systeme müssen in rauen Außenumgebungen funktionieren. Innodisk als einer der führenden Hersteller von industriellen Speicherprodukten bietet ein komplettes Sortiment an DRAM-Modulen, einschließlich Modulen mit erweiterter Temperaturspezifikation, die Bereiche von -40°C bis +85°C standhalten können, sowie die Möglichkeit einer Acrylbeschichtung, die das DRAM zusätzlich vor Feuchtigkeit, Staub und allen Arten von Verunreinigungen schützt, die unter schwierigen Außenbedingungen Korrosion verursachen können.

Dabei garantiert der taiwanesische Speicherspezialist eine lebenslange Garantie auf seine Produkte, welche die Prüfung, die Reparatur und die Ersatzteile umfasst. Die industriellen DRAM-Serien DDR4, DDR3, DDR2, DDR1 und SDRAM sind hochwertige Speichermodule, die für 5G Anwendungen, Edge Computing und IoT entwickelt wurden und eine schlüsselfertige Komplettlösung bieten. Kundenspezifische Anpassungsdienste in Hardware und Firmware sind laut Innodisk möglich. Die Rugged DIMM-Module verfügen über ein Paar Befestigungslöcher für eine sicherere Montage auf der CPU-Platine. Sie sind somit stoß- und vibrationsfest für einen stabilen Systembetrieb. Ein spezielles DRAM-Modul-Add-On trägt dazu bei, die Wärme passiv zu verteilen, um das Modul um 4 bis 5 Prozent mehr zu kühlen. Eine hochwertige Acrylbeschichtung bietet Schutz vor Feuchtigkeit, Verunreinigungen sowie Staub und sauren oder alkalischen Materialien. Die Beschichtungsdicke liegt zwischen 0,03 mm und 0,13 mm und entspricht den IPC-A-610-Standards für elektronische Komponenten.

Die Wide Temperature DRAM-Module sind für Anwendungen in rauen Umgebungen konzipiert. Die SDRAM-Komponenten werden mit einer Goldauflage beschichtet, um die Qualität auch im erweiterten Temperaturbereich von -40°C bis +80°C sicherzustellen. In einem Anti-Sulfrationsprozess werden alle DDR4-Module mit einem schwefelbeständigen Material bedeckt, um einen reibungslosen Betrieb auch in rauen Umgebungen zu gewährleisten. Die sogenannte Side-Fill-Technologie verbessert die Zuverlässigkeit des Moduls und verlängert die Produktlebensdauer bei Betrieb unter starkem Zittern oder starken Wärmezyklen. Auf drei Seiten des DRAM-IC wird dabei Harz aufgetragen, um die BGA- und die PCB-Verbindung zu verstärken, sodass eine 1,5-fache mechanische Spannung toleriert werden kann.

Die Module der DDR4-3200 DRAM-Baureihe wurden von Innodisk Corp. speziell für die Bereiche Edge Computing und 5G entwickelt. Sie sind mit Kapazitäten von 4GB, 8GB, 16GB und 32GB für SODIMM-, UDIMM- und RDIMM-Formfaktoren einschließlich optionalem ECC erhältlich. Die RDIMM VLP Variante ist in den Kapazitäten 16GB und 32GB verfügbar. Die komplette 3200MT/s-Produktlinie unterstützt ebenfalls 2933MT/s.

Die gesamte Produktpalette umfasst registrierte DIMMs für den Einsatz in Servern und IoT mit Kapazitäten von 2GB bis 64GB und Geschwindigkeiten von 1333MT/s bis 3200MT/s. Mini DIMMs für den Einsatz in Servern sind in Kapazitäten von 2GB bis 16GB und Geschwindigkeiten von 1600MT/s bis 2400MT/s erhältlich. Es ist auch eine lastreduzierte DIMM1-Variante sowie eine sehr flache Serie mit Kapazitäten von 1GB bis 32GB verfügbar. Für den Einsatz in rauer Umgebung wurde die Mounting Rugged SODIMM Serie mit Kapazitäten von 4GB, 8GB und 16GB entwickelt. Es steht auch eine Serie speziell für den erweiterten Temperaturbereich zur Verfügung sowie eine ECC-Serie und eine Non-ECC-Serie.

Die proprietäre iRAM-Stresstestsoftware integriert eine Vielzahl von Testmustern und Systemebenen, um sicherzustellen, dass die Qualität und Zuverlässigkeit der Module fehlerfrei ist. Dabei kann die Testzeit um die Hälfte reduziert und die Teststringenz um 150 bis 200 Prozent erhöht werden.

Innodisk adressiert im Bereich DRAM vier verschiedene vertikale Märkte. Das Marktsegment Server umfasst Netzwerk/5G, High Performance Computing sowie Cloud- und Edge-Computing. Zum vertikalen Markt AIoT zählen der Bereich Herstellung, Kiosk- und Retailsysteme, Robotik und KI sowie die Automatisierungstechnologie. Die Produkte im Marksegment Ruggedized umfassen das intelligente Fahren, Outdoor Signage, Luft- und Raumfahrt sowie die Energiegewinnung. Im Marktsegment Industrie adressiert Innodisk das Gesundheitswesen, den Bereich Gaming, die Überwachung und die Konstruktion.