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      为工业应用选择合适的存储产品

      作者:Steffen Allert时间:2020-11-03来源:电子产品世界收藏

      闪存产品几乎是我们身边所有电子产品上必不可少的一部分,它被看成是一种商品;然而,在工业设备应用中实际情况远非如此。在不清楚应用场景的情况下容易进入一个误区,认为所有的闪存产品都一样,并且单纯会按照每Gigabyte的价格来做选择。很多设计工程师不清楚高质量等级闪存产品与低质量等级闪存产品的区别,新上市推出的高容量闪存产品并不代表可靠性也很好。从系统层面来说,选择闪存控制器比选择闪存产品本身更加重要,因为控制器与闪存器件共同决定了闪存产品的质量水平;因此,这两方面需要作为一个整体纳入考虑。本文将给出一些调差研究,重点阐述为什么诸如SSD盘、USB盘等类似的闪存系统并非“生而平等”,当工程师在为其工业设备设计购买闪存产品的时候必须要考虑一些关键因素。

      本文引用地址:http://www.chuaqie.tw/article/202011/419913.htm

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      温度

      对于消费类电子来说虽然工作环境温度会有些许差异,但是大部分情况下我们会在20℃的环境温度下使用电脑。一般来说消费类电子的工作温度区间在0~40℃,某些应用会达到60℃。然而,在工业应用领域,工作温度或者工作温度区间会更加极端。工业级温度区间的常规定义是-40~85℃,当在工业场景使用非工业级的闪存器件及控制器将会面临一系列潜在风险。工业工程师无法接受失效这一概念,因为其带来的生产停滞和生产重启都是非常昂贵的事故。设备突然发生不可控失效也会带来重大损失,需要花费高昂的费用修复并且会进一步导致停线。

      你也许会问为什么我不能在一个零售店里面花10美金买一个32GB的U盘,而要花费30美金购买看起来一模一样的另一个U盘?我们将更加详细地回答这一问题,但你或许已经注意到工业应用中每一个模块都是经过严格的预设使用场景测试,以此确保其在足够长的生命周期中具有始终如一的高质量水平。

      工业规格的可靠性始于设计制造

      为了保证存储系统设计能够满足工业级温度要求,需要在漫长的设计流程中的初始硬件设计阶段便将工业级质量要求纳入考虑。Hyperstone为工业应用开发的闪存控制器产品建立在独有的IP设计基础上,其IP设计在可靠性及失效安全方面远比消费类产品的IP设计严格。在设计过程中重点考虑温度特性时,硬件时序显得格外重要,需要花费大量时间并可能需要通过扩大芯片面积等方式来确保芯片在各个温度节点上的可靠性。多年的经验积累使产品特性不断演化并始终带有内嵌可靠性保障,并且每一款新推出的控制器产品将持续加入对不同工业用例特性的支持。

      固件开发是另外一个关键因素,其设计过程中也同样需要工业思维,并且需要与硬件设计紧密结合。

      最后,测试是一个十分重要的环节,它相当于符合工业应用的传导系统。验证产品是否达标需要一套严密的测试架构保证,温度循环测试以外,突发断电失效测试也是其中的重要组成部分。突发断电测试能够模拟一整套断电场景,为了维护数据完整性,当系统供电恢复时必须确保数据没有因此而丢失。Hyperstone通过其一整套严密的供电循环测试能够完成对新产品及其固件的有效验证。

      在使用闪存产品时,另一个需要重点考虑的因素是数据保持时间,数据保持时间高度依赖于工作温度。闪存中的数据随着时间流逝会逐渐丢失,环境温度越高数据的丢失占比越大。无论器件是否处于激活状态,数据丢失都会发生,这就是要重点考虑温度因素的另一个原因。对闪存产品数据保持时间的描述一般是针对25℃,但在工业级应用场景下设备在60℃的温度中工作很常见,这一因素对数据保持时间有着的深远影响。例如,如果将存储系统的温度从室温升至60℃,数据保持比例将减少20%;听起来损失很多,实际上的确很多,因为60℃的温度下数据将在6个月内丢失而不是10年。选择合适的闪存器件结合控制器的闪存刷新管理机制能够实现数据保护。

      产品支持;自始至终确保产品设计符合工业级要求

      能够真正做到长期支持与服务的的厂家少之又少,闪存供应商与控制器供应商需参与从产品的初始概念设计到产品成熟整个过程。最后一点与工业级应用尤为相关,那就是服务周期应该持续10年甚至20年而不是像消费类电子的2年或最多5年。Hyperstone致力于长远,正如针对于2003年推出的CF卡控制器产品Hyperstone至今仍然提供支持与服务。

      Hyperstone会尽可能早地与客户接触建立互动沟通进而确保客户的设计符合其应用需求,我们的第一个问题可能是:“你们的应用场景是什么?”我们将使用我们的用例索引工具与客户共同评估某一应用如何对存储产品进行访问及压力操作等。我们能够通过调整诸如访问方式、读写速度、访问频率等具体参数来优化固件,最终选择正确的配置及容量进而使产品的可靠性最大化并提供最优成本。

      随后在产品应用期间,可能会遇到只有控制器厂商才有能力分析的问题。Hyperstone已经将调试接口及协议特性集成到控制器及其固件架构中,所以一旦产生错误我们能够分析出问题所在。99.9%的情况下我们能够知道发生了什么,并且可以迅速采取措施避免类似错误再次产生,而消费类闪存控制器完全做不到这一点。

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      By Steffen Allert

      结论

      在考虑选取一种能够满足工业环境要求的闪存产品时,工程师需要特别考虑包括温度、工业级测试、产品寿命测试以及长期供应等因素。系统性地使产品规格与实际用例相对应,能够在节省成本的同时减少不必要的麻烦。否则,最终选取的所谓完美解决方案将无法与应用很好地匹配。



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