工業(yè)應(yīng)用中閃存存儲(chǔ)的選擇要注意什么

閃存存儲(chǔ)是我們周?chē)鷰缀跛?a target="_blank">電子設(shè)備中無(wú)所不在的組件。購(gòu)買(mǎi)時(shí)可能會(huì)被視為商品。然而，實(shí)際情況遠(yuǎn)非工業(yè)設(shè)備需要使用時(shí)的情況。在不了解用例的全貌的情況下，很容易陷入陷阱，認(rèn)為所有內(nèi)存都是一樣的，并純粹根據(jù)每 GB 的價(jià)格來(lái)決定。許多設(shè)計(jì)工程師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)很難區(qū)分高質(zhì)量和低質(zhì)量的閃存。具有更高容量的較新閃存通常并不意味著更好的可靠性。

系統(tǒng)級(jí)別的另一個(gè)觀察結(jié)果是，閃存控制器與選擇內(nèi)存本身一樣重要。控制器和閃存共同定義了系統(tǒng)質(zhì)量。因此，兩者都需要作為一個(gè)整體來(lái)考慮。在本文中，我們將研究為什么并非所有形式的內(nèi)存子系統(tǒng)、SSD 或 USB 閃存驅(qū)動(dòng)器都是平等的，以及工程師在做出工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)購(gòu)買(mǎi)決定時(shí)需要考慮的一些關(guān)鍵因素。

溫度

對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，工作溫度可能略有不同。盡管如此，在大多數(shù)情況下，我們還是會(huì)在環(huán)境溫度低于 20°C 的環(huán)境中使用我們的計(jì)算機(jī)。對(duì)于一般消費(fèi)電子產(chǎn)品，允許的溫度范圍通常為 0°C 至 40°C，有時(shí)甚至高達(dá) 60°C。然而，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，溫度及其變化量可能更為極端。引用的工業(yè)溫度范圍為 -40°C 至 +85°C。

雖然設(shè)計(jì)用于工業(yè)應(yīng)用的所有組件和模塊都將滿(mǎn)足擴(kuò)展的工作溫度范圍，但重要的是要記住，所述溫度是針對(duì)周?chē)h(huán)境的。在內(nèi)部，在交界處，溫度會(huì)高得多。在例如 125°C 的環(huán)境溫度下測(cè)試這些設(shè)備，可以提高對(duì)其可靠性的信心。為了減輕高環(huán)境溫度的影響，工程師應(yīng)著眼于選擇具有較低工作功率的組件。這將有助于保持內(nèi)部溫度較低，并對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)生積極影響。

嘗試在非設(shè)計(jì)溫度下使用閃存和控制器會(huì)在任何階段引入潛在故障的擔(dān)憂。失敗在工業(yè)工程師中并不流行。停止生產(chǎn)并重新啟動(dòng)可能是一個(gè)代價(jià)高昂的事件。設(shè)備以不受控制的方式突然發(fā)生故障也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損壞，修復(fù)成本很高，并可能導(dǎo)致進(jìn)一步的停機(jī)。

您可能會(huì)問(wèn)，為什么不應(yīng)該在零售店以 10 美元的價(jià)格購(gòu)買(mǎi) 32 GB USB 閃存驅(qū)動(dòng)器，而是以 30 美元的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)另一個(gè)看起來(lái)非常相似的 USB 閃存驅(qū)動(dòng)器？我們將嘗試更詳細(xì)地回答這個(gè)問(wèn)題，但您已經(jīng)注意到，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，每個(gè)模塊都經(jīng)過(guò)測(cè)試，考慮到更苛刻的用例，并確保產(chǎn)品在較長(zhǎng)的使用壽命內(nèi)始終保持高質(zhì)量。

工業(yè)級(jí)可靠性始于設(shè)計(jì)制造

確保內(nèi)存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠承受工業(yè)溫度，或許是漫長(zhǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程的終點(diǎn)，該過(guò)程始于硬件基礎(chǔ)的工業(yè)品質(zhì)。例如，在 Hyperstone，我們的閃存控制器專(zhuān)為知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 塊級(jí)別的工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。在可靠性和故障安全方面，IP 設(shè)計(jì)方法比消費(fèi)類(lèi)設(shè)備嚴(yán)格得多。

應(yīng)用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的測(cè)試技術(shù)對(duì) IP 進(jìn)行壓力測(cè)試。這確保了設(shè)計(jì)在時(shí)鐘和時(shí)序等關(guān)鍵方面包括安全裕度。例如，應(yīng)用了電壓降分析，這有助于定義工業(yè)質(zhì)量。

當(dāng)溫度是主要考慮因素之一時(shí)，硬件時(shí)序等因素非常重要。它需要設(shè)計(jì)時(shí)間和可能的芯片面積，以確保芯片在不同溫度下可靠運(yùn)行。多年的經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致產(chǎn)品功能和內(nèi)置可靠性的發(fā)展。每個(gè)新控制器都繼續(xù)整合多年來(lái)獲得的行業(yè)用例知識(shí)和特定于應(yīng)用程序的支持。

固件開(kāi)發(fā)是另一個(gè)關(guān)鍵要素。它需要以相同的工業(yè)思維方式進(jìn)行處理，并與硬件設(shè)計(jì)并行運(yùn)行，并與之密切相關(guān)。閃存控制器中使用的固件在靈活性方面必須包括面向未來(lái)的功能。工業(yè)系統(tǒng)的典型運(yùn)行壽命為十年或更長(zhǎng)時(shí)間，通常在非?？量痰沫h(huán)境中。通過(guò)遵循確保以高度結(jié)構(gòu)化的方式開(kāi)發(fā)固件的開(kāi)發(fā)技術(shù)，可以在驗(yàn)證期間實(shí)現(xiàn)更大的代碼覆蓋率。反過(guò)來(lái)，這會(huì)產(chǎn)生與運(yùn)行它的硬件一樣可靠的更高質(zhì)量的固件。

最后，測(cè)試是交付符合挑戰(zhàn)性工業(yè)用途的系統(tǒng)的基本部分。除了溫度循環(huán)之外，對(duì)突然電源故障的測(cè)試也是驗(yàn)證產(chǎn)品是否按預(yù)期運(yùn)行的密集框架的一部分。突然斷電測(cè)試模擬完全斷電。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，當(dāng)系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，您需要確保沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失。例如，在 Hyperstone，我們通過(guò)密集的電源循環(huán)測(cè)試每個(gè)新產(chǎn)品和固件。

使用閃存時(shí)另一個(gè)重要考慮因素是數(shù)據(jù)保留，這在很大程度上取決于工作溫度。隨著時(shí)間的推移，數(shù)據(jù)會(huì)從閃存中丟失，環(huán)境溫度越高，數(shù)據(jù)丟失率越高。無(wú)論設(shè)備是否處于活動(dòng)狀態(tài)，損耗都會(huì)發(fā)生，這也是溫度是一個(gè)重要考慮因素的另一個(gè)原因。閃速存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保留特性通常在25°C時(shí)引用。在工業(yè)環(huán)境中，設(shè)備經(jīng)歷60°C左右的溫度是很常見(jiàn)的，這對(duì)數(shù)據(jù)保留有著深遠(yuǎn)的影響。例如，如果將內(nèi)存系統(tǒng)的溫度從室溫提高到60°C，則數(shù)據(jù)保留率可能會(huì)降低20倍。聽(tīng)起來(lái)好像很多。這是很多。數(shù)據(jù)可能會(huì)在6個(gè)月后而不是10年后丟失。控制器管理的閃存和刷新功能的選擇可以保護(hù)您的數(shù)據(jù)。

確保長(zhǎng)期的產(chǎn)品支持

只有少數(shù)供應(yīng)商真正不辜負(fù)提供長(zhǎng)期的產(chǎn)品支持。您選擇的內(nèi)存和控制器供應(yīng)商應(yīng)該與您一路相伴，從最初的設(shè)計(jì)概念到實(shí)際產(chǎn)品。最后一點(diǎn)尤其適用于工業(yè)應(yīng)用，其使用壽命可能是十年甚至二十年，而不是消費(fèi)產(chǎn)品的兩年或最長(zhǎng)五年。例如，Hyperstone 對(duì)長(zhǎng)壽的奉獻(xiàn)體現(xiàn)在仍然支持 2003 年推出的 CF 卡控制器。

供應(yīng)商需要盡早與客戶(hù)接觸，以便根據(jù)其應(yīng)用程序的要求進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)。例如，在 Hypestone，我們的第一個(gè)問(wèn)題可能是：“您的用例是什么？” 與客戶(hù)一起，我們可以使用 Use Case Tracker 等工具來(lái)精確評(píng)估應(yīng)用程序如何訪問(wèn)存儲(chǔ)介質(zhì)并對(duì)其施加壓力。我們可以確定優(yōu)化固件所需的特定參數(shù)，例如訪問(wèn)模式、寫(xiě)入和讀取速度、訪問(wèn)頻率，選擇正確的配置和容量，從而最大限度地提高可靠性和優(yōu)化成本。

在產(chǎn)品的使用壽命后期，可能會(huì)遇到只能由控制器供應(yīng)商分析的問(wèn)題。集成到控制器和固件架構(gòu)中的調(diào)試接口和協(xié)議功能可幫助 Hyperstone 等供應(yīng)商在發(fā)生故障時(shí)分析故障。在 99.9% 的情況下，我們可以看到發(fā)生了什么并采取措施防止它再次發(fā)生。嘗試使用消費(fèi)者閃存控制器來(lái)做到這一點(diǎn)！

結(jié)論

在考慮應(yīng)滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境嚴(yán)格要求的閃存介質(zhì)時(shí)，工程師可能需要特別注意溫度、工業(yè)測(cè)試水平、終身支持和長(zhǎng)期可用性。將配置與系統(tǒng)的用例對(duì)齊可以節(jié)省資金和頭痛。否則，您最終可能會(huì)得到一個(gè)不適合您的應(yīng)用程序的出色解決方案