為工業(yè)系統選用合適的SSD

　　過(guò)去幾年來(lái)，在越來(lái)越多的應用中，正越來(lái)越普遍地使用SSD，它大有取代傳統硬碟驅動(dòng)器（HDD）之勢。在許多領(lǐng)域，主要是工業(yè)市場(chǎng)，SSD正取代傳統的儲存介質(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?；贜AND快閃記憶體技術(shù)）以及可選的緩衝記憶體。對NAND快閃記憶體來(lái)說(shuō)，其不同的儲存單元進(jìn)入不同狀態(tài)，因此儲存了資訊。

　　SSD以全電子運作，因此與採用磁性旋轉碟片和讀/寫(xiě)頭的傳統HDD不同，SSD對整個(gè)儲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，所以在需要堅固耐用的工業(yè)應用中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，但該比例在持續下降。例如，兩年前，標準的工業(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。這是因為快閃記憶體元件的結構尺寸從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（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，自動(dòng)化工業(yè)界的許多應用都要求採用SSD；SSD最重要的優(yōu)勢是能提供多年的可靠服務(wù)。

　　叁種不同的固態(tài)儲存方案

　　但使用這些新奇的儲存方案，要求設計師考慮幾方面的問(wèn)題，這是因為不同的SSD有不同的功能特性。作為一般規則，我們將快閃記憶體元件分為：?jiǎn)渭墕卧⊿LC）、多級單元（MLC）和新穎的叁級單元（TLC）。 SLC型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲存一位元；MLC型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲存兩位元；TLCS型SSD，每個(gè)快閃記憶體單元儲存叁位元。 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，因為它們的儲存密度更高。因為晶片面積是決定快閃記憶體成本的重要因素，所以MLC和TLC類(lèi)SSD的價(jià)格低于SLC類(lèi)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，因此需要覆蓋範圍廣泛得多且倍加小心設計糾錯方法。

　　MLC驅動(dòng)器受限于有限的程式擦除次數。供應商提供的大多數SLC快閃記憶體記憶體擦寫(xiě)次數是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(zhù)差異。SLC方案能將資料可靠地儲存長(cháng)達10年之久，而MLC方案的資料儲存時(shí)間最長(cháng)才為一年。例如，對資料記錄或諸如用于作業(yè)系統開(kāi)機啟動(dòng)介質(zhì)內靜態(tài)資料的唯讀應用來(lái)說(shuō)，MLC的資料儲存時(shí)間顯然不夠長(cháng)。

　　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(mǎn)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儲存單元。但像有四種不同“裝水量”的MLC設計，要評估玻璃杯內有0%、33%、66%或100%的水則更困難。而對可有8種狀態(tài)的TLC元件來(lái)說(shuō)，狀態(tài)評估就變得更加困難（見(jiàn)圖1）。

　　圖1：?jiǎn)渭墕卧⊿LC）有兩種狀態(tài)（0或1）；多級單元元件（MLC）有四種狀態(tài)；叁級單元（TLC）則總計有關(guān)鍵的八個(gè)可能狀態(tài)用以評估。
SLC記憶體支援工業(yè)應用

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

　　更大的SSD方案，如傳統的2.5英吋磁碟機等產(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)隨機存取記憶體（DRAM）元件。這大幅提高了SSD的可靠性并延長(cháng)了壽命。在較小的SSD方案（如自動(dòng)化或嵌入式應用所需的）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，因為這種快閃記憶體單元技術(shù)具有最高的可靠性與低錯誤率及長(cháng)期耐用性。工業(yè)電腦通常是24小時(shí)/7天連續執行的，其中，系統的開(kāi)機時(shí)間是最重要的考量。在這些應用中，採用SLC方案多花的幾美元能很容易地證明自己物有所值，因為系統停機通常要付出高得多的代價(jià)。SLC方案還有另一個(gè)優(yōu)勢：其擦寫(xiě)次數是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(chǎng)商生產(chǎn)的記憶體產(chǎn)品在滿(mǎn)足工業(yè)需求方面存在明顯差異。一個(gè)重要方面是長(cháng)期可用性。系統供應商的產(chǎn)品往往會(huì )在其產(chǎn)品目錄中持續數年。改變記憶體元件所需的重新認證并不會(huì )增加新功能，但會(huì )牽制必要的資源并減緩下一代系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

　　即使使用相同的元件，設計師仍然面臨問(wèn)題。雖然在特定的應用中，一款記憶體卡可能盡職盡責，但相同標識同樣卡的新批次產(chǎn)品，往往無(wú)法在該應用中使用。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)有提供標記或通知客戶(hù)。若採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。

　　塬始設備製造商應該選擇為其記憶體方案提供固定BOM的廠(chǎng)商。這將保證所有的產(chǎn)品結構都與樣品相同；因此，這些不同批次的同一規格的產(chǎn)品是100%相同的。

　　SLC的SSD為塬始設備製造商提供了支援工業(yè)應用獨特需求的儲存方案。只需增加少許成本，設計師就可保證能開(kāi)發(fā)出可長(cháng)期可靠工作、抵御惡劣環(huán)境的儲存產(chǎn)品。