工业应用及其独特的存储需求

由 winniewei 提交于周四, 17 十二月 2020 - 10:07

作者: Lena Harman <img height="1.0" src="https://exmail.qq.com/cgi-bin/viewfile?f=43C2E65ED528707BB2B76DF16AEAA5…; width="609.3333740234375" />

当今数据存储业销售SSD和存储模块，有我们要的可靠性能，快速响应能力和长时间使用，以完成各种未预料到的任务。夸耀特性和功能可以吸引最广泛的合适群体，而有些设计可能满足普通用户的需求–工业级的工作量则要求工程师承受系统独特的要求所带来的复杂权衡。

消费者，生产者，企业和工业：这些总体市场是通用需求的支柱。 在这些市场之外和之内，还有大量独特的终端应用程序，每种应用程序都有各自的工作量和系统要求。 此外，这些不同的系统由负担沉重的预算所定义，符合特定策略的公司所设计和维护的。

满足系统要求的设计在某种程度上是所有存储设计的一部分。 但是，程度取决于公司愿意承担多大的系统故障成本。 需要对应用程序进行适当的管理，以免发生故障，并且公司要知道可以从他们所设计的存储驱动器得到什么。最终，在工业领域–出现故障的系统和数据损坏不像在其他市场一样被接受。 市场，因为期望寿命和故障成本更为要紧。

作为工业闪存控制器的供应商，在Hyperstone，我们与公司合作开发不同的存储驱动器，并帮助他们处理应用程序带来的独特挑战。 本文仔细研究了几种不同的工业应用，以帮助您更好理解为什么详细了解用例是如此的重要以及在存储设计中应考虑的事项。

您应该在驱动器中设计什么NAND闪存技术？

选择哪种NAND闪存技术（SLC，pSLC，MLC，3D TLC）设计到存储驱动器中，这对定义其使用的期望寿命至关重要，因为不同的闪存技术可以预先定义程序的数字/在寿命终止（EoL）之前可以承受的擦除周期。 对于工业解决方案，工程师通常会转向寻求提供更高质量的闪存，因为它们具有更高的数据保留能力和更长的使用寿命。 但是，采用更高容量的闪存需求正在不断增加， 而SLC是非常昂贵的选择。 因此，市场上对更具成本效益的解决方案需求正在不断增加。

NAND闪存的有趣之处在于消费类驱动器中使用的技术与工业驱动器中使用的技术完全相同–最终，闪存控制器的作用是提高工业级NAND闪存的功能，可靠性和数据保留能力 。 虽然工业闪存控制器可以将低质量闪存的期望寿命延长到一定限度，但最终的EoL取决于一系列因素，包括系统和环境温度，使用方式和折衷的功能。

Hyperstone LTET工具使客户能够利用不同的参数测试不同的闪光灯组合，以最好地评估什么是适合其独特用例的最佳工作。

＃1铁路黑匣子中的事件记录器/数据记录器

在铁路业中，数据记录器记录操作数据以确保在紧急情况下可以对数据进行交叉检查。 该应用程序正将高频的中小型数据按顺序从主机系统（数据记录器）写入NAND闪存（内存驱动器）。 它着重在系统温度，交通控制，内部传感器和速度指示器的数据记录。 另一个关键点是承受故障和干扰的能力。 由于大多数据记录器都用作撞击记录器，因此必须确保当撞击导致突然断电，数据不会因此丢失。 因为事件发生之前所收集的数据最重要，这些数据必须没有损坏并且可以用来分析事件。

对于铁路应用中的存储，由于车辆经过的环境转变而改变温度。 不同于为顺应气候的服务器群所设计的SSD，为数据记录器所设计的驱动器必须在苛刻的环境中完美运行，能够承受振动和灰尘，并能管理明显的温度变化。 为了应对恶劣的环境，必须将组件固定在适当的位置。 可移动介质（USB，microSD）恰能满足，不过，仅在使用焊接到板上的工业组件（例如eMMC，板上磁盘）时才是安全的。

对于数据记录器，必须了解有关工作负载的所有信息。 这在很大程度上取决于主机如何发送数据以及如何将其发送到NAND闪存。 当然，闪存控制器在该过程中起到了至关重要的作用，但是仅仅实现高质量的控制器是不够的。 最终，在开始设计之前追踪用例，好好了解哪些特性和功能需要最适当地支持是极其重要的。 使用Hyperstone的Use Case Tracker工具可以轻松做到。

＃2工业自动化工厂中的PLC

物联网和工业自动化中的可编程逻辑控制器（PLC）大多将小的随机数据包发送到NAND闪存，同时都在努力提高或甚至超越十年期望寿命。 尽管确切的工作量可能会依照PLC及其在特定生态系统中的角色而有所不同，但如果模块被搁置了数年之久，PLC通常必须承受工业温度并具有强大的数据保留能力。

存储时间的不同，SLC或pSLC解决方案都可以使它们更好地满足系统具有挑战性的数据保留需求。 此外，提供动态数据刷新功能的工业闪存控制器非常适合克服未充电单元中数据停滞的挑战，这是自动化PLC中常见的问题。

确保存储设备可以有效地通过任何形式的电源故障而不会损坏数据，这在自动化环境中也是极其重要。 工业闪存控制器中的电源故障管理目的是避免在非正常掉电，过多的电源变化或热拔插的情况下数据损坏和设备故障。 为了管理电源故障并将潜在损害减到最小，闪存控制器需要提前察觉。 Hyperstone控制器包含内部电压传感器，用于监视电流和外部电源。

＃3反舞弊收银系统

反舞弊收银系统由于其安全性和寿命要求而成为独特的应用程序。 借助多次读取一次写入（WORM）功能，最初会将数据写入存储驱动器，然后在操作过程中对其进行多次读取。 通过了解此用例，闪存控制器供应商可以微调和优化控制器固件，以在此环境中寻求增进安全功能和增强性能的方法。

为了通过安全性挑战并获得最佳的反舞弊预防措施，必须完成高等级的加密和不同等级的安全性。 这可以从安全启动过程开始，然后是用于数据加密的AES，直到使用连接到闪存控制器的外部SmartIC来确保最高的安全级别。 最终，这些解决方案应该易于安装，甚至与尚未设计用于此类安全措施的现有系统兼容。 因此，常见的可移动存储驱动器（例如SD，microSD或USB闪存驱动器）最适合这些解决方案。

结论

我们见证了无数的情况，工业导向的公司以通用的低成本解决方案设计只是很快地意识到其代价高昂的错误。 没有哪个行业因为疏忽造成的影响和麻烦会像在工业领域那样代价高昂。 但是，无论应用程序可能属于哪个总体市场，所有存储应用程序都有各自独特的需求，因此工程师有责任要承担随之而来的复杂权衡。

Lena Harman

E-mail: lharman@hyperstone.com

Job Title: Marketing Coordinator

Biographical Statement

Lena Harman is responsible for digital marketing, online strategy and the optimization of online platforms at Hyperstone. She holds a double degree in Communications and International Studies from the University of Technology, Sydney.