Eine Frage, die immer wieder auftaucht, ist die, nach der Haltbarkeit von SD-Karten. Oftmals wird von einer unendlichen Haltbarkeit ausgegangen, was aber leider falsch ist. Wie sehr betrifft uns diese Thematik aber tatsächlich? In diesem Beitrag, möchte ich dir einige hilfreiche Informationen mitgeben.

Wenn ich nachfolgend von Speicherkarte oder SD-Karte schreibe, dann gilt dieselbe Information im Grunde auch für Compact Flash-Karten oder auch SSDs. Alle setzen irgendeine Art von Flash-Speicher für die Speicherung nicht-volatiler Informationen ein.

Funktionsweise SD-Karte

In SD-Karten wird ein sogenannter Flash-Speicher verbaut (ganz genau handelt es sich dabei um Flash-EEPROM). Informationen werden in Form von elektrischen Ladungen auf einem Floating Gate oder einem Charge-Trapping-Speicherelement gespeichert.

Bei einem Floating Gate handelt es sich um einen Transistor (meist aus Silizium) mit einem isolierten Gate. Damit Informationen gespeichert werden können, muss eine elektrische Ladung auf das isolierte Gate eingebracht werden. Hierfür ist der Tunneleffekt notwendig. Dieser ermöglicht das Überwinden einer Potentialbarriere durch ein Teilchen, obwohl die Energie des Teilchens geringer, als die der Barriere ist.

In einfacheren Worten: Auf dem Gate wird eine elektrische Ladung (Information) gespeichert. Damit diese dorthin gelangen kann, muss sie von der isolierenden Oxidschicht durchgelassen werden.

Schreibvorgang als limitierender Faktor

Damit Informationen auf eine SD-Karte geschrieben werden können, müssen diese zuvor gelöscht werden. Dies erfolgt in Blöcken. Die Anzahl der Löschzyklen (werden auch P/E Cylces genannt – P/E steht hierbei für Program/Erase) unterscheiden sich je nach Speicher (es gibt NAND- und NOR-Speicher) und eingesetztem Verfahren. In SD-Karten ist NAND-Speicher verbaut. Hierzu gibt es unterschiedliche Verfahren. Grob sind dies SLC (Single Level Cell), MLC (Multi Level Cell) und TLC (Triple Level Cell) und unterscheiden sich, wie viele Bits pro Speicherzelle gespeichert werden können. Umso weniger Bits gespeichert werden können, umso mehr P/E Cylces sind möglich und umso teurer ist der Speicher.

Wodurch entsteht diese Limitierung? “Schuld” daran ist die Oxidschicht, die als Isolierung zum Gate dient. Diese erleidet Schäden, da beim Durchtunneln der Elektronen durch die Oxidschicht hohe Spannungen notwendig sind. Ist also eine entsprechende Degeneration vorhanden, gehen die Elektronen verloren – und somit die gespeicherte Information.

Diese Anzahl an Löschzyklen ist theoretisch für die unterschiedlichen Verfahren beim NAND-Speicher zu erwarten:

SLC: 100.000
MLC: 3.000
TLC: 1.000

Es ist zu beachten, dass zum Schreiben zuvor ein ganzer Block (512 Bytes bis 8096 Bytes) gelöscht werden muss, d.h. ein P/E Zyklus einer Zelle betrifft immer den gesamten Block.

Das Auslesen der Daten verkürzt die Lebenszeit hingegen nicht.

Defektmanagement

Die Hersteller gehen auf zwei unterschiedlichen Arten mit Defekten um. Auf der einen Seite enthält der Flash-Speicher einen sogenannten Spare-Bereich. Dieser Bereich wird im Normalbetrieb nicht beschrieben. Werden fehlerhafte Blöcke erkannt, werden diese entsprechend markiert und stattdessen Blöcke aus dem Spare-Bereich verwendet. Die Größe des Spare-Bereichs ist lediglich den Herstellern bekannt.

Die zweite Art der Fehlerbehandlung erfolgt nicht durch die Hardware selbst, sondern durch die Software. Der Treiber, der für die Kommunikation mit dem Flash-Speicher zuständig ist, versucht alle Schreibvorgänge gleichmäßig über den gesamten Speicherbereich des Speichers zu verteilen. Dadurch wird verhindert, dass immer derselbe Bereich beschrieben wird und durch diese Belastung bald an seine Grenzen gelangt.

Die genauen Mechanismen sind von Hersteller zu Hersteller verschieden und unterliegen – meines Wissens – keiner Norm.

“Alter” der SD-Karte bestimmen

Für SSDs gibt es die eine oder andere Software, welche Informationen zur Alterung von Festplatten anzeigt. Einen Tests mit SD-Karten habe ich dazu noch nicht vorgenommen. Spezielle Software für SD-Karten ist mir bis dato noch nicht untergekommen, für Hinweise dazu bin ich allerdings dankbar.

Gibt es weitere limitierende Faktoren?

Neben der Alterung der Isolationsschichten gibt es natürlich weitere Möglichkeiten für Defekte.

Während die Alterung durch Schreibvorgänge recht gut kompensiert werden kann und die Speicherkarte weiterverwendet werden kann, sieht dies anders aus, wenn der Controller kaputt geht. Dieser steuert den gesamten Speicher an. Ist er kaputt, kann auf den Flashspeicher nicht mehr zugegriffen werden.

Zudem können natürlich die Kontakte abgenutzt oder verbogen werden und dadurch Schäden entstehen.

Wie lange kann ich eine SD-Karte nun nutzen?

Wenn man davon ausgeht, dass die Speicherkarte 3.000 mal vollständig beschrieben werden kann, dann sollte diese durchaus einige Jahre halten – selbst, wenn sie täglich zur Gänze beschrieben wird.

Generell würde ich Karten erst tauschen, wenn sich wirklich Fehler bemerkbar machen. Im professionellen Umfeld sollte ohnehin mit zwei Kartenslots gearbeitet werden, d.h. es steht dadurch ohnehin eine Sicherung zur Verfügung.

Formatieren oder löschen?

Nun stellt sich natürlich die Frage, wie denn die Daten vom Speichermedium entfernt werden sollen, um die Speicherkarte möglichst zu schützen. Die Empfehlung lautet, sie zu formatieren. Worin liegt der Unterschied zum Löschen?

Beim Löschen aller Daten der Speicherkarte wird nun für jede Datei bzw. Verzeichnis dieses Inhaltsverzeichnis verändert. Wir erinnern uns, dass Speicherkarten nun in Blöcken schreiben können. D.h. Teilbereiche werden nun beim Löschen mehrfach beschrieben, da im selben Block natürlich Verweisdaten mehrerer unterschiedlicher Dateien liegen können. Bei der Formatierung wird zwar das gesamte Inhaltsverzeichnis gelöscht, aber alle Blöcke nur einmal.

Dadurch, dass nur die Inhaltsverzeichnisse manipuliert werden, können Daten nach dem Löschen oder Formatieren über spezielle Software auch wiederhergestellt werden.

Wenn Speicherkarten komplett gelöscht werden sollen, dann empfiehlt es sie also tatsächlich zu formatieren.

Tipps

Zum Schluss habe ich noch einige Tipps für dich:

  • Wenn du unterwegs bist, oder ein längeres Shooting hast, wirf immer wieder mal einen Blick auf das letzte Foto, ob es sichtbare Fehler enthält. Ist dem so, unbedingt sofort die Karte wechseln. Dasselbe gilt übrigens auch, wenn Fotos verschwinden und nicht mehr auffindbar sind.
  • Zum Schutz der Kontakte können Fotos bei den meisten Kameras auch mit einem USB-Kabel übertragen werden. Das schont die Kontakte, ist aber möglicherweise für manche unpraktisch. Wenn man entsprechend auf die Kontakte aufpasst, hält sich das Risiko beim Wechseln auch in Grenzen.
  • Statt einer großen SD-Karte, empfehle ich mehrere kleine und ein häufigeres Wechseln. Sollte doch mal eine Karte kaputt gehen, sind nicht alle Fotos verloren. Ich verwende hierzu in der Regel 32 bzw. 64GB.
  • Fotos sollten nach jedem Shooting, Ausflug etc. sofort auf den Computer, eine Festplatte etc. überspielt werden, damit die Daten auf jeden Fall in Sicherheit sind.
  • Betreibst du die Fotografie professionell, empfehle ich die Verwendung von Kameras mit zwei Karten-Slots, um das Restrisiko eines Datenverlustes bestmöglich zu reduzieren.

Falls du weitere Anmerkungen oder Fragen zu diesem Beitrag hast, freue ich mich über einen Kontakt.

Quellen:
* https://de.wikipedia.org/wiki/Flash-Speicher
* https://de.wikipedia.org/wiki/NAND-Flash
* http://www.ni.com/product-documentation/10126/en/
* https://media.kingston.com/pdfs/MKF_283.1_Flash_Memory_Guide_DE.pdf

Update:
08.08.2019: “Formatieren oder löschen” hinzugefügt

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