為工業(yè)應(yīng)用選擇合適的存儲產(chǎn)品

閃存產(chǎn)品幾乎是我們身邊所有電子產(chǎn)品上必不可少的一部分，它被看成是一種商品；然而，在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中實(shí)際情況遠(yuǎn)非如此。在不清楚應(yīng)用場景的情況下容易進(jìn)入一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為所有的閃存產(chǎn)品都一樣，并且單純會按照每Gigabyte的價(jià)格來做選擇。很多設(shè)計(jì)工程師不清楚高質(zhì)量等級閃存產(chǎn)品與低質(zhì)量等級閃存產(chǎn)品的區(qū)別，新上市推出的高容量閃存產(chǎn)品并不代表可靠性也很好。從系統(tǒng)層面來說，選擇閃存控制器比選擇閃存產(chǎn)品本身更加重要，因?yàn)榭刂破髋c閃存器件共同決定了閃存產(chǎn)品的質(zhì)量水平；因此，這兩方面需要作為一個(gè)整體納入考慮。本文將給出一些調(diào)差研究，重點(diǎn)闡述為什么諸如SSD盤、USB盤等類似的閃存系統(tǒng)并非“生而平等”，當(dāng)工程師在為其工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)購買閃存產(chǎn)品的時(shí)候必須要考慮一些關(guān)鍵因素。

溫度

對于消費(fèi)類電子來說雖然工作環(huán)境溫度會有些許差異，但是大部分情況下我們會在20℃的環(huán)境溫度下使用電腦。一般來說消費(fèi)類電子的工作溫度區(qū)間在0~40℃，某些應(yīng)用會達(dá)到60℃。然而，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，工作溫度或者工作溫度區(qū)間會更加極端。工業(yè)級溫度區(qū)間的常規(guī)定義是-40~85℃，當(dāng)在工業(yè)場景使用非工業(yè)級的閃存器件及控制器將會面臨一系列潛在風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)工程師無法接受失效這一概念，因?yàn)槠鋷淼纳a(chǎn)停滯和生產(chǎn)重啟都是非常昂貴的事故。設(shè)備突然發(fā)生不可控失效也會帶來重大損失，需要花費(fèi)高昂的費(fèi)用修復(fù)并且會進(jìn)一步導(dǎo)致停線。

你也許會問為什么我不能在一個(gè)零售店里面花10美金買一個(gè)32GB的U盤，而要花費(fèi)30美金購買看起來一模一樣的另一個(gè)U盤？我們將更加詳細(xì)地回答這一問題，但你或許已經(jīng)注意到工業(yè)應(yīng)用中每一個(gè)模塊都是經(jīng)過嚴(yán)格的預(yù)設(shè)使用場景測試，以此確保其在足夠長的生命周期中具有始終如一的高質(zhì)量水平。

工業(yè)規(guī)格的可靠性始于設(shè)計(jì)制造

為了保證存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足工業(yè)級溫度要求，需要在漫長的設(shè)計(jì)流程中的初始硬件設(shè)計(jì)階段便將工業(yè)級質(zhì)量要求納入考慮。Hyperstone為工業(yè)應(yīng)用開發(fā)的閃存控制器產(chǎn)品建立在獨(dú)有的IP設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，其IP設(shè)計(jì)在可靠性及失效安全方面遠(yuǎn)比消費(fèi)類產(chǎn)品的IP設(shè)計(jì)嚴(yán)格。在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮溫度特性時(shí)，硬件時(shí)序顯得格外重要，需要花費(fèi)大量時(shí)間并可能需要通過擴(kuò)大芯片面積等方式來確保芯片在各個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)上的可靠性。多年的經(jīng)驗(yàn)積累使產(chǎn)品特性不斷演化并始終帶有內(nèi)嵌可靠性保障，并且每一款新推出的控制器產(chǎn)品將持續(xù)加入對不同工業(yè)用例特性的支持。

固件開發(fā)是另外一個(gè)關(guān)鍵因素，其設(shè)計(jì)過程中也同樣需要工業(yè)思維，并且需要與硬件設(shè)計(jì)緊密結(jié)合。

最后，測試是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，它相當(dāng)于符合工業(yè)應(yīng)用的傳導(dǎo)系統(tǒng)。驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)需要一套嚴(yán)密的測試架構(gòu)保證，溫度循環(huán)測試以外，突發(fā)斷電失效測試也是其中的重要組成部分。突發(fā)斷電測試能夠模擬一整套斷電場景，為了維護(hù)數(shù)據(jù)完整性，當(dāng)系統(tǒng)供電恢復(fù)時(shí)必須確保數(shù)據(jù)沒有因此而丟失。Hyperstone通過其一整套嚴(yán)密的供電循環(huán)測試能夠完成對新產(chǎn)品及其固件的有效驗(yàn)證。

在使用閃存產(chǎn)品時(shí)，另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是數(shù)據(jù)保持時(shí)間，數(shù)據(jù)保持時(shí)間高度依賴于工作溫度。閃存中的數(shù)據(jù)隨著時(shí)間流逝會逐漸丟失，環(huán)境溫度越高數(shù)據(jù)的丟失占比越大。無論器件是否處于激活狀態(tài)，數(shù)據(jù)丟失都會發(fā)生，這就是要重點(diǎn)考慮溫度因素的另一個(gè)原因。對閃存產(chǎn)品數(shù)據(jù)保持時(shí)間的描述一般是針對25℃，但在工業(yè)級應(yīng)用場景下設(shè)備在60℃的溫度中工作很常見，這一因素對數(shù)據(jù)保持時(shí)間有著的深遠(yuǎn)影響。例如，如果將存儲系統(tǒng)的溫度從室溫升至60℃，數(shù)據(jù)保持比例將減少20%；聽起來損失很多，實(shí)際上的確很多，因?yàn)?0℃的溫度下數(shù)據(jù)將在6個(gè)月內(nèi)丟失而不是10年。選擇合適的閃存器件結(jié)合控制器的閃存刷新管理機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)。

產(chǎn)品支持；自始至終確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合工業(yè)級要求

能夠真正做到長期支持與服務(wù)的的廠家少之又少，閃存供應(yīng)商與控制器供應(yīng)商需參與從產(chǎn)品的初始概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品成熟整個(gè)過程。最后一點(diǎn)與工業(yè)級應(yīng)用尤為相關(guān)，那就是服務(wù)周期應(yīng)該持續(xù)10年甚至20年而不是像消費(fèi)類電子的2年或最多5年。Hyperstone致力于長遠(yuǎn)，正如針對于2003年推出的CF卡控制器產(chǎn)品Hyperstone至今仍然提供支持與服務(wù)。

Hyperstone會盡可能早地與客戶接觸建立互動(dòng)溝通進(jìn)而確?？蛻舻脑O(shè)計(jì)符合其應(yīng)用需求，我們的第一個(gè)問題可能是：“你們的應(yīng)用場景是什么？”我們將使用我們的用例索引工具與客戶共同評估某一應(yīng)用如何對存儲產(chǎn)品進(jìn)行訪問及壓力操作等。我們能夠通過調(diào)整諸如訪問方式、讀寫速度、訪問頻率等具體參數(shù)來優(yōu)化固件，最終選擇正確的配置及容量進(jìn)而使產(chǎn)品的可靠性最大化并提供最優(yōu)成本。

隨后在產(chǎn)品應(yīng)用期間，可能會遇到只有控制器廠商才有能力分析的問題。Hyperstone已經(jīng)將調(diào)試接口及協(xié)議特性集成到控制器及其固件架構(gòu)中，所以一旦產(chǎn)生錯(cuò)誤我們能夠分析出問題所在。99.9%的情況下我們能夠知道發(fā)生了什么，并且可以迅速采取措施避免類似錯(cuò)誤再次產(chǎn)生，而消費(fèi)類閃存控制器完全做不到這一點(diǎn)。

By Steffen Allert

結(jié)論

在考慮選取一種能夠滿足工業(yè)環(huán)境要求的閃存產(chǎn)品時(shí)，工程師需要特別考慮包括溫度、工業(yè)級測試、產(chǎn)品壽命測試以及長期供應(yīng)等因素。系統(tǒng)性地使產(chǎn)品規(guī)格與實(shí)際用例相對應(yīng)，能夠在節(jié)省成本的同時(shí)減少不必要的麻煩。否則，最終選取的所謂完美解決方案將無法與應(yīng)用很好地匹配。