為工業(yè)系統(tǒng)選用合適的SSD

　　過(guò)去幾年來(lái)，在越來(lái)越多的應(yīng)用中，正越來(lái)越普遍地使用SSD，它大有取代傳統(tǒng)硬碟驅(qū)動(dòng)器（HDD）之勢(shì)。在許多領(lǐng)域，主要是工業(yè)市場(chǎng)，SSD正取代傳統(tǒng)的儲(chǔ)存介質(zhì)。特別是，小外型的SSD（如CF卡或SD卡），多年來(lái)業(yè)已在工業(yè)環(huán)境中證明了自己的價(jià)值。

　　SSD通常由下列關(guān)鍵元件組成：印刷電路板、控制器、韌體、記憶體（通常基于NAND快閃記憶體技術(shù)）以及可選的緩衝記憶體。對(duì)NAND快閃記憶體來(lái)說(shuō)，其不同的儲(chǔ)存單元進(jìn)入不同狀態(tài)，因此儲(chǔ)存了資訊。

　　SSD以全電子運(yùn)作，因此與採(cǎi)用磁性旋轉(zhuǎn)碟片和讀/寫頭的傳統(tǒng)HDD不同，SSD對(duì)整個(gè)儲(chǔ)存空間的存取速度要快得多。因SSD在工作時(shí)沒(méi)有活動(dòng)元件，所以在需要堅(jiān)固耐用的工業(yè)應(yīng)用中SSD更受青睞。

　　與HDD相較，SSD噪音低且更可靠、它還有高能效及抗衝擊和防震的特點(diǎn)。除此之外，比之HDD幾年的壽命，SDD的使用週期可達(dá)近10年；眼下，SDD的唯一缺點(diǎn)，是其更高的價(jià)格/密度比，但該比例在持續(xù)下降。例如，兩年前，標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)SSD的成本約為27美元/GB；眼下則僅為13美元/GB，且價(jià)格仍在下降。這是因?yàn)榭扉W記憶體元件的結(jié)構(gòu)尺寸從60nm微縮至約20至40nm，并可能進(jìn)一步微縮。雖然HDD的平均成本在0.10美元/GB水準(zhǔn)（顯然便宜得多），但從總的擁有成本的角度看，SSD仍更勝一籌。

　　基于上述優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化工業(yè)界的許多應(yīng)用都要求採(cǎi)用SSD；SSD最重要的優(yōu)勢(shì)是能提供多年的可靠服務(wù)。

　　叁種不同的固態(tài)儲(chǔ)存方案

　　但使用這些新奇的儲(chǔ)存方案，要求設(shè)計(jì)師考慮幾方面的問(wèn)題，這是因?yàn)椴煌腟SD有不同的功能特性。作為一般規(guī)則，我們將快閃記憶體元件分為：?jiǎn)渭?jí)單元（SLC）、多級(jí)單元（MLC）和新穎的叁級(jí)單元（TLC）。 SLC型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲(chǔ)存一位元；MLC型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲(chǔ)存兩位元；TLCS型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲(chǔ)存叁位元。 因此，就相同的元件面積來(lái)說(shuō)，MLC和TLC元件可比SLC元件保存更多資訊，因?yàn)樗鼈兊膬?chǔ)存密度更高。因?yàn)榫娣e是決定快閃記憶體成本的重要因素，所以MLC和TLC類SSD的價(jià)格低于SLC類SSD的。MLC SSD的平均成本是4美元/GB ，而SLC SSD的則約為13美元/GB。

　　但低成本也有不利的一面。它犧牲了元件的使用壽命週期、可靠性、速度和耐用性。MLC記憶體具有高得多的故障率，因此需要覆蓋範(fàn)圍廣泛得多且倍加小心設(shè)計(jì)糾錯(cuò)方法。

　　MLC驅(qū)動(dòng)器受限于有限的程式擦除次數(shù)。供應(yīng)商提供的大多數(shù)SLC快閃記憶體記憶體擦寫次數(shù)是100，000次，而MLC元件的只有1，000至3，000次。兩者在耐用性方面也有顯著差異。SLC方案能將資料可靠地儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)10年之久，而MLC方案的資料儲(chǔ)存時(shí)間最長(zhǎng)才為一年。例如，對(duì)資料記錄或諸如用于作業(yè)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)介質(zhì)內(nèi)靜態(tài)資料的唯讀應(yīng)用來(lái)說(shuō)，MLC的資料儲(chǔ)存時(shí)間顯然不夠長(zhǎng)。

　　這些差異是技術(shù)性的。我們以以下簡(jiǎn)化的例子予以說(shuō)明。只能非滿即空的一玻璃杯水，可簡(jiǎn)單清楚地顯示其目前的狀態(tài)——就像一個(gè)可以是0或1的SLC儲(chǔ)存單元。但像有四種不同“裝水量”的MLC設(shè)計(jì)，要評(píng)估玻璃杯內(nèi)有0%、33%、66%或100%的水則更困難。而對(duì)可有8種狀態(tài)的TLC元件來(lái)說(shuō)，狀態(tài)評(píng)估就變得更加困難（見(jiàn)圖1）。

　　圖1：?jiǎn)渭?jí)單元（SLC）有兩種狀態(tài)（0或1）；多級(jí)單元元件（MLC）有四種狀態(tài)；叁級(jí)單元（TLC）則總計(jì)有關(guān)鍵的八個(gè)可能狀態(tài)用以評(píng)估。
SLC記憶體支援工業(yè)應(yīng)用

　　MLC和TLC記憶體比SLC便宜，所以它們是諸如MP3播放器、數(shù)位相機(jī)、隨身碟或手機(jī)等消費(fèi)品的理想選擇。對(duì)這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，價(jià)格對(duì)銷售的影響更重大，它們沒(méi)有那么多的讀、寫作業(yè)；可靠性或耐用性也不像工業(yè)應(yīng)用中那樣的息息相關(guān)。但工業(yè)應(yīng)用卻需要SLC記憶體提供的優(yōu)勢(shì)。

　　更大的SSD方案，如傳統(tǒng)的2.5英吋磁碟機(jī)等產(chǎn)品通常都配備了高性能控制器，它不僅有SLC或MLC快閃記憶體元件，還有額外的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體（DRAM）元件。這大幅提高了SSD的可靠性并延長(zhǎng)了壽命。在較小的SSD方案（如自動(dòng)化或嵌入式應(yīng)用所需的）中，由于有限的可用空間和電源發(fā)生故障時(shí)的安全性要求，這一組合是不可能的。這是為什么CF、C-Fast、SD或microSD卡通常只包括快閃記憶體技術(shù)。

　　業(yè)界無(wú)法全然避開(kāi)SLC方案，因?yàn)檫@種快閃記憶體單元技術(shù)具有最高的可靠性與低錯(cuò)誤率及長(zhǎng)期耐用性。工業(yè)電腦通常是24小時(shí)/7天連續(xù)執(zhí)行的，其中，系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)時(shí)間是最重要的考量。在這些應(yīng)用中，採(cǎi)用SLC方案多花的幾美元能很容易地證明自己物有所值，因?yàn)橄到y(tǒng)停機(jī)通常要付出高得多的代價(jià)。SLC方案還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：其擦寫次數(shù)是MLC方案的20至100倍，并能將資料保存10年。

　　不論如何選擇SLC、MLC或TCL的SSD，不同廠商生產(chǎn)的記憶體產(chǎn)品在滿足工業(yè)需求方面存在明顯差異。一個(gè)重要方面是長(zhǎng)期可用性。系統(tǒng)供應(yīng)商的產(chǎn)品往往會(huì)在其產(chǎn)品目錄中持續(xù)數(shù)年。改變記憶體元件所需的重新認(rèn)證并不會(huì)增加新功能，但會(huì)牽制必要的資源并減緩下一代系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

　　即使使用相同的元件，設(shè)計(jì)師仍然面臨問(wèn)題。雖然在特定的應(yīng)用中，一款記憶體卡可能盡職盡責(zé)，但相同標(biāo)識(shí)同樣卡的新批次產(chǎn)品，往往無(wú)法在該應(yīng)用中使用。這是由所用材料（BOM）造成的，BOM記述了在記憶卡中使用的元件和韌體。不幸的是，製造商經(jīng)常使用不同的元件，也即雖改變了BOM，但并沒(méi)有提供標(biāo)記或通知客戶。若採(cǎi)用了新韌體或新的快閃記憶體晶片版本，則因不相容或功能不完善，受影響的產(chǎn)品可能完全無(wú)法工作。

　　塬始設(shè)備製造商應(yīng)該選擇為其記憶體方案提供固定BOM的廠商。這將保證所有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都與樣品相同；因此，這些不同批次的同一規(guī)格的產(chǎn)品是100%相同的。

　　SLC的SSD為塬始設(shè)備製造商提供了支援工業(yè)應(yīng)用獨(dú)特需求的儲(chǔ)存方案。只需增加少許成本，設(shè)計(jì)師就可保證能開(kāi)發(fā)出可長(zhǎng)期可靠工作、抵御惡劣環(huán)境的儲(chǔ)存產(chǎn)品。