Moduły pamięci Flash, które po raz pierwszy wyprodukowano w latach 80. zeszłego wieku w laboratoriach firmy Toshiba, składają się z komórek stanowiących połączenie elementu przechowującego informacje oraz obwodów służących do ich odczytu i zapisu. Są to struktury podobne do tranzystorów MOSFET, jednak w przeciwieństwie do nich pojedyncza komórka Flash składa się z dwóch bramek.
Na jednej z nich, tzw. bramce pływającej, gromadzony jest ładunek, który za pośrednictwem drugiej bramki jest interpretowany jako wartość logiczna 1 lub 0. Tą samą drogą do bramki pływającej doprowadza się napięcie, które w zależności od wartości kasuje lub zmienia jej zawartość.
Jednocześnie programować można wiele komórek pamięci tego typu. Dzięki temu, że bramka pływająca jest otoczona izolatorem, po wyłączeniu zasilania jej ładunek, a tym samym zapisana w niej informacja, nie ulega zmianie - jest to zatem pamięć nieulotna (trwała).
KLASYFIKACJA PAMIĘCI PÓŁPRZEWODNIKOWYCH
Ze względu na rodzaj bramki logicznej w komórkach pamięci Flash dzieli się je na typu NOR oraz NAND. Te pierwsze charakteryzuje znacznie dłuższy czas zapisu i odczytu danych w porównaniu do pamięci typu NAND. Z tego powodu układy Flash NOR są wykorzystywane głównie tam, gdzie nie jest wymagana częsta aktualizacja zapisanych informacji - na przykład do przechowywania systemu operacyjnego w telefonach komórkowych.
W pamięciach NOR można za to uzyskać bezpośredni dostęp do każdej komórki, podczas gdy w tych typu NAND dostęp do danych jest sekwencyjny. Pamięci Flash NAND cechuje z kolei większa gęstość upakowania, dzięki czemu są tańsze. Pamięci Flash dzieli się też pod względem typu na SLC (Single-Level Cell) oraz MLC (Muli-Level Cell).
W tych pierwszych w pojedynczej komórce można zapisać jednocześnie tylko jeden bit informacji, natomiast w pamięciach MLC - dwa lub więcej bitów danych. Dzięki temu w komórkach pamięci MLC przechować można więcej informacji niż w takiej samej liczbie komórek pamięci SLC, przez co w praktyce te pierwsze są tańsze.
Z tego również powodu są one wolniejsze, mniej niezawodne oraz mniej wytrzymałe (na przykład na wysokie temperatury), dlatego wykorzystywane są głównie w przenośnych urządzeniach elektroniki użytkowej, zwłaszcza tych, w których wymagana jest duża pojemność. Pamięci SLC są natomiast preferowane w przemyśle i innych zastosowaniach specjalistycznych.
KARTY PAMIĘCI FLASH
Pamięci Flash używane są do budowy nośników danych różnego typu. Można je podzielić ogólnie na dwie grupy: dyski SSD oraz karty pamięci. Pierwsze urządzenia zaliczane do drugiej grupy pojawiły się na rynku na początku lat 90. ubiegłego wieku. Były to karty pamięci PC Card opracowane przez stowarzyszenie PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association).
Początkowo wykorzystywano w nich 16-bitową magistralę o maksymalnej przepustowości 20 MB/s, a następnie 32-bitowy interfejs CardBus zapewniający prędkość transmisji ponad 130 MB/s. Wyróżnia się trzy typy kart PC Card. Wszystkie mają standardową szerokość i długość - odpowiednio 54mm i 85,6mm, różnią się natomiast grubością.
 
Fot. 1. Testowanie pamięci Full Metal Stick USB firmy Altec pod kątem odporności na czynniki środowiskowe |
Wynosi ona 3,3mm w kartach typu I, 5mm - w typie II i 10,5mm - w typie III. Najczęściej są używane jako karty pamięci (typ I) lub karty rozszerzeń, na przykład karty sieciowe lub modemy (typ II). Urządzenia typu III mogą też pełnić rolę dysków twardych. Kolejnym nośnikiem, w którym wykorzystano pamięci półprzewodnikowe, były wprowadzone na rynek w 1994 roku przez firmę SanDisk karty pamięci CompactFlash.
Podobnie jak karty PC Card dzieli się je na dwa typy w zależności od grubości (3,3mm - typ I, 5mm - typ II), są jednak od nich znacznie mniejsze (42,8 × 36,4mm). Karty CompactFlash są używane w przemyśle jako moduły rozszerzeń (zwłaszcza nośniki typu I), a także w elektronice użytkowej, głównie w profesjonalnych aparatach fotograficznych. Decyduje o tym przede wszystkim ich duża pojemność (64GB, a w przypadku kart typu CFast nawet 128GB), szybkość transmisji (133 MB/s, a nawet 300 MB/s w kartach CFast) oraz przystępna cena w stosunku do pojemności.
KARTY MMC I NOŚNIKI MEMORY STICK
Trzy lata po kartach pamięci CompactFlash firmy SanDisk i Siemens wspólnie opracowały karty MMC (MultiMediaCard). Były to wówczas najmniejsze urządzenia tego typu (24 × 32 × 1,4mm) przeznaczone do wykorzystania głównie w małych urządzeniach przenośnych - na przykład w telefonach komórkowych. Wkrótce na rynku pojawiły się też karty w wersji RS-MMC (Reduced Size MMC) o wymiarach 24 × 18 × 1,4mm.
Wadą tych nośników była jednak mała prędkość transmisji (2,5 MB/s), dlatego przy opracowywaniu kolejnej wersji priorytetem był właśnie ten parametr. W efekcie w 2005 roku udostępniono karty typu MMCPlus, w przypadku których teoretyczna maksymalna szybkość transmisji to 52 MB/s. W tamtym czasie na rynku pojawiły się też karty Dual Voltage RS-MMC, które mogły być zasilane napięciem 1,8V lub 3,3V, a wkrótce także ich wersja o szybkości transmisji zwiększonej do 52 MB/s.
Niedługo potem wprowadzono też układy typu MMCmicro o wymiarach 12 × 14 × 1,1mm. Obecnie dostępne karty MMC mają pojemność maksymalnie kilku GB. W 1998 roku Sony zaprezentowało z kolei pierwsze karty typu Memory Stick o wymiarach 21,5 × 50 × 2,8mm, które były przeznaczone głównie do wykorzystania w cyfrowych aparatach fotograficznych i innych 
Karty pamięci SD (Secure Digital) zostały zaprojektowane przez firmy SanDisk, Matsushita (Panasonic) i Toshiba w oparciu o standard kart typu MMC. Są do nich podobne też pod względem wymiarów, różniąc się jedynie grubością (24 × 32 × 2,1mm). W przeciwieństwie do kart MMC w SD dostępny jest też przełącznik zabezpieczający dane przed przypadkowym skasowaniem. W 2003 i w 2005 roku wprowadzono karty SD w wersjach odpowiednio miniSD i microSD.
Od wersji standardowej różnią się one wymiarami, który w pierwszym wypadku wynoszą: 20 × 21,5 × 1,4mm, natomiast w przypadku kart microSD: 11 × 15 × 1 mm. Pojemność standardowych kart SD wynosi maksymalnie kilka GB. Przewidziano jednak też dwie wersje standardu SD: SDHC (high capacity) i SDXC (extended capacity), w przypadku których pojemność kart pamięci wynosić ma 32GB i więcej.
Maksymalna prędkość transmisji w kartach SD wynosi 25 MB/s (w kartach SDXC - 300 MB/s). Pamięci Flash są też używane w nośnikach danych z interfejsem USB (popularne pamięci typu pendrive). Wprowadzono je jako alternatywę dla dyskietek magnetycznych, które obecnie praktycznie zniknęły z rynku.
DYSKI SSD
Dyski SSD są traktowane jako oddzielna grupa nośników danych z pamięciami Flash, ponieważ inne jest ich przeznaczenie. Są one projektowane przede wszystkim pod kątem wykorzystania jako zamiennik albo moduł rozszerzający funkcjonalność magnetycznych dysków twardych. Dlatego, chociaż dostępne są wersje mniejsze lub tylko cieńsze, w większości kształt, rozmiar (dostępne są przeważnie w formacie 1,8", 2,5" i 3,5"), sposób montażu oraz interfejs komunikacyjny (zwykle SATA lub PATA) dysków półprzewodnikowych są zgodne z analogicznymi parametrami dysków twardych.
Ze względu na funkcję jaką pełnią, dyski SSD z reguły są w urządzeniu docelowym instalowane na stałe. Wyjmuje się je tylko w przypadku wymiany lub konieczności oddania do naprawy, natomiast przez resztę czasu pozostają niedostępne dla użytkownika. Pierwotnym przeznaczeniem kart pamięci Flash były z kolei urządzenia przenośne elektroniki użytkowej (aparaty fotograficzne, telefony komórkowe, konsole gier itp.).
W efekcie z powodu konieczności dostosowania się do ograniczonych warunków przestrzennych większość kart jest znacznie mniejsza niż dyski SSD. Ponadto w przeciwieństwie do dysków półprzewodnikowe karty pamięci są często wyjmowane i ponownie wkładane do urządzenia docelowego, co również uwzględnia się w ich konstrukcji.
PAMIĘCI FLASH KONTRA NOŚNIKI MAGNETYCZNE
Tabela 1. Przykłady kart i dysków SSD przemysłowych dostępnych u polskich dystrybutorów
Popularność nośników magnetycznych - dysków twardych, a dawniej także dyskietek wynika stąd, że są tanie. W przypadku dysków twardych istotne jest też to, że stosunek ceny do pojemność z roku na rok poprawia się. W porównaniu do pamięci półprzewodnikowych mają one jednak kilka wad. Przede wszystkim dyski magnetyczne zawierają części ruchome: dysk pokryty materiałem ferromagnetycznym, na którym dane są zapisywane przez namagnesowanie wybranych obszarów oraz głowice elektromagnetyczne zapisująco-odczytujące.
Z tego powodu dyski twarde łatwiej ulegają uszkodzeniom w wyniku drgań, uderzeń i upadków niż pamięci Flash, które takich elementów nie zawierają. Ponadto w związku z rozruchem tych podzespołów średni czas dostępu do danych w przypadku dysków magnetycznych wynosi z reguły kilka - kilkanaście ms, podczas gdy w pamięciach Flash dostęp jest natychmiastowy.
Konieczność zasilenia silników napędzających dysk i głowice sprawia, że nośniki magnetyczne zużywają więcej energii elektrycznej - nawet o 95% więcej w stanie jałowym i o 50‒85% w aktywnym trybie pracy. Oznacza to krótszy czas pracy przy zasilaniu bateryjnym oraz wydzielanie większej ilości ciepła, które trzeba odprowadzić do otoczenia, aby uniknąć nadmiernego nagrzewania się samych dysków oraz komponentów z nimi sąsiadujących.
W tym celu instaluje się wentylator. To z kolei zwiększa koszty, wagę, pobór energii, awaryjność i głośność urządzenia, w którym taki dysk pracuje. Główne wady pamięci Flash to z kolei ograniczona liczba cykli kasowania i programowania oraz wciąż duży koszt w porównaniu do nośników magnetycznych.
To ostatnie sprawia, że chociaż ceny pamięci Flash sukcesywnie maleją - na przykład pod koniec 2009 roku cena pamięci Flash NAND MLC 16Gb wynosiła 4,52 dol., a pamięci 32Gb 7,21 dol., natomiast pod koniec 2010 roku było to odpowiednio 4,49 dol. i 6,1 dol. - mimo licznych zalet i wbrew oczekiwaniom wciąż nie wyparły one z rynku dysków magnetycznych.
GDZIE WYKORZYSTYWANE SĄ KARTY PAMIĘCI I DYSKI FLASH?
W rezultacie pamięci Flash są używane głównie tam, gdzie jest to ekonomicznie uzasadnione, zwykle w przypadku konieczności wyeliminowania wszelkich komponentów mechanicznych zwiększających awaryjność urządzenia. W związku z tym na przykład w przemyśle pamięci półprzewodnikowe są wykorzystywane w urządzeniach pracujących w trudnych warunkach (w maszynach - na przykład w obrabiarkach, komputerach przemysłowych), wymagających niezawodnego nośnika danych ze względu na utrudniony do nich dostęp, który uniemożliwia wymianę dysku w razie awarii (na przykład w sprzęcie pomiarowym).
Są one używane również w kluczowych komponentach systemu, w przypadku których utrata danych z powodu uszkodzenia nośnika może mieć poważne konsekwencje (na przykład w urządzeniach sieciowych, elementach systemu sterowania) oraz w podręcznych rejestratorach, miernikach, czytnikach i podobnych urządzeniach.
Pamięci Flash używane są też w pociągach i samolotach, w sprzęcie medycznym (na przykład w rożnego typu przenośnych rejestratorach stanu pacjentów), w terminalach POS i automatach sprzedażowych. W wojsku natomiast znajdują zastosowanie w urządzeniach telekomunikacyjnych, systemach radarowych, sprzęcie pomiarowym (zwłaszcza w urządzeniach monitorujących warunki środowiskowe, które pozostawiane są bez nadzoru) oraz w pojazdach - na przykład w helikopterach, pojazdach transportowych i bezzałogowych oraz w czołgach.
NOŚNIKI FLASH W WYKONANIU PRZEMYSŁOWYM
W tych zastosowaniach z reguły nie wykorzystuje się jednak "zwykłych" dysków i kart pamięci Flash przeznaczonych do elektroniki użytkowej, które projektowane są pod kątem przede wszystkim możliwie najniższej ceny za jednostkę pamięci. Zamiast nich używane są nośniki w specjalnym wykonaniu, które charakteryzuje duża niezawodność i wytrzymałość na trudne warunki środowiskowe.
Aby to uzyskać, wdraża się w nich różne rozwiązania ograniczające wpływ czynników zewnętrznych na możliwość zapisu i odczytu danych oraz ich integralność. Jednym z nich jest umieszczenie kart pamięci i dysków SSD w specjalnie wzmocnionych, najczęściej wykonanych z metalu obudowach, które zapewniają pyłoszczelność oraz wodoszczelność nośnika. Jako dodatkowe zabezpieczenie stosuje się też hermetyzację. W takim wypadku układy elektroniczne pamięci przed umieszczeniem w zewnętrznej obudowie zalewa się na przykład żywicą.
|
Witold BryłkaMECHANIZMY WYKRYWANIA I OGRANICZANIA BŁĘDÓW ZAPISU
Oprócz wzmocnienia konstrukcji stosuje się też specjalne algorytmy implementowane w kontrolerach zarządzających transmisją danych między kartą pamięci (dyskiem) a urządzeniem, w którym nośnik pracuje. Przykładem są funkcje detekcji i korekcji błędów (Error Checking and Correcting - ECC).
W tym zakresie obecnie najpopularniejsze jest kodowanie korekcyjne Reeda-Solomona, Hamminga oraz kody BCH (Bose-Ray-Chaudhuri-Hocquenghema). Dodatkowo aby zapewnić bezbłędny zapis danych, stosuje się też mechanizm zarządzania uszkodzonymi blokami pamięci (Bad Block Management). Takie sektory mogą powstawać na etapie produkcji pamięci lub już w czasie jej użytkowania.
Informacje o nich są zapisywane w specjalnie w tym celu utworzonej tablicy, której zawartość jest na bieżąco aktualizowana na podstawie danych z rejestrów, w których odnotowywana jest każda operacja programowania/kasowania pamięci zakończona niepowodzeniem. Na podstawie informacji z tej tablicy kontroler nie odwołuje się więcej do uszkodzonych bloków nośnika.
Ponadto w kontrolerach pamięci Flash często wdraża się też mechanizmy do monitorowania parametrów karty, które umożliwiają m.in. określenie stopnia jej zużycia - przykładem jest funkcja SMART (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology), funkcje odzyskiwania danych oraz detekcji braku zasilania.
WEAR LEVELING
W większości kart pamięci i dysków Flash wykorzystuje się też mechanizm optymalizacji zużycia pamięci - tzw. wear leveling, który zapobiega jej przedwczesnemu zużywaniu się. Uzyskuje się to, zapewniając równomierne rozmieszczanie danych w poszczególnych blokach pamięci. Dzięki temu nie zachodzi zbyt częste zapisywanie i czyszczenie tych samych bloków, co nie jest pożądane ze względu na ograniczoną liczbę cykli programowania i kasowania.
Zagadnienie to zilustrować można następującym przykładem. Załóżmy, że dysponujemy nośnikiem Flash składającym się z 4096 bloków pamięci. Jest on używany do zapisu trzech plików o rozmiarze 50 bloków pamięci, które są aktualizowane z częstotliwością 1 pliku co 10 minut (6 plików na godzinę).
Jeżeli dane te będą wciąż zapisywane do tych samych 200 bloków pamięci nośnika, przy założeniu, że producent zagwarantował żywotność pamięci rzędu 10 tys. cykli programowanie/ kasowanie, nośnik zużyje się w czasie krótszym niż rok: (10000×200) / (50×6×24) = 278 dni. Jednocześnie pamięć w okresie użytkowania w ponad 95% pozostanie niewykorzystana. W przypadku gdyby wszystkie bloki pamięci były używane do zapisu tych danych z taką samą częstotliwością, pamięć byłaby użyteczna znacznie dłużej: (10000×4096) / (50×6×24) = 5689 dni.
WEAR LEVELING DYNAMICZNY I STATYCZNY
Tabela 2. Dane kontaktowe firm wymienionych w artykule
Mechanizm wear leveling można zrealizować na dwa sposoby: dynamicznie i statycznie. Pierwsza metoda polega na zapisywaniu nowych informacji, do tych niezapisanych bloków pamięci, które były dotychczas najrzadziej używane. Dynamiczny wear leveling jest wykorzystywany tylko do zarządzania zapisem danych, które są często aktualizowane.
Stąd w przypadku pamięci, w której 25% stanowią dane dynamiczne, a resztę dane statyczne (rzadko zmieniane, chociaż mogą być odczytywane wielokrotnie), zaledwie 1/4 wszystkich bloków jest używana z uwzględnieniem stopnia ich zużycia. Statyczny mechanizm wear leveling obejmuje natomiast wszystkie dane zapisywane w pamięci Flash.
W tym wypadku również najpierw są wyszukiwane najmniej zużyte bloki pamięci. Jeżeli są one aktualnie puste, to do nich zapisywane są nowe informacje. Jeżeli jednak akurat w tych blokach przechowywane są dane statyczne, kopiuje się je do innych, bardziej zużytych miejsc w pamięci.
Metoda statyczna jest pod względem wydłużenia żywotności pamięci Flash rozwiązaniem efektywniejszym niż dynamiczny wear leveling. Jednocześnie, ponieważ wymaga przenoszenia danych statycznych, jest bardziej skomplikowana. W efekcie w większym stopniu obciąża kontroler, co skutkuje większym poborem prądu i zmniejszeniem wydajności operacji zapisu.
TESTOWANIE PAMIĘCI FLASH W WYKONANIU PRZEMYSŁOWYM
Aby sprawdzić skuteczność wdrożonych rozwiązań, dyski SSD i karty pamięci Flash w wykonaniu specjalnym poddawane są na etapie kontroli jakości licznym testom. Wszystkie badania powinny być przeprowadzane w czasie gdy nośnik (w pełni funkcjonalny prototyp lub gotowy produkt) pracuje w urządzeniu docelowym (na przykład w komputerze).
Ponieważ karty pamięci oraz dyski SSD w wykonaniu specjalnym z reguły są dopuszczone do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur (od -40°C do +85°C) i w szerokim zakresie wilgotności powietrza (od kilku do 95%), obowiązkowo poddaje się je badaniom sprawdzającym ich niezawodność i wytrzymałość w takich warunkach. Testy takie przeprowadza się w komorach klimatycznych.
Tam też poprzez zmianę ciśnienia można zasymulować warunki panujące na dużych wysokościach, co jest wymagane na przykład w testowaniu pamięci w wersjach dla wojska. Z kolei w pomiarach wytrzymałości nośników na wibracje i udary wykorzystuje się specjalne stanowiska umożliwiające poddanie pamięci takim oddziaływaniom o różnej amplitudzie i częstotliwości.
Oddzielne stanowiska pomiarowe są też używane w testowaniu nośników pamięci pod kątem wytrzymałości na wyładowania elektrostatyczne, a także w sprawdzaniu ich wodoszczelności i pyłoszczelności. W trakcie wszystkich tych badań celowo wywołuje się też błędy zapisu, co ma na celu sprawdzenie mechanizmów ich detekcji i korekcji oraz okresowo odłącza się zasilanie, testując, jak taka sytuacja wpływa na spójność danych zapisanych w pamięci.
NORMY BADAŃ ŚRODOWISKOWYCH
Procedury, jakich należy przestrzegać, przeprowadzając testy środowiskowe, w tym informacje o szybkości i przyroście zmiany danego czynnika, która pozwoli zasymulować warunki rzeczywiste, opisane są w odpowiednich normach. W zakresie badań wytrzymałości na temperaturę, wilgotność, pracę na wysokościach oraz wibracje i udary odpowiednie wytyczne znaleźć można na przykład w wydanych przez armię amerykańską normach MIL-STD-810F.
Metodyka badań środowiskowych jest też opisana w standardach IEC, na przykład w IEC 68-2-6 w przypadku wibracji, IEC 68-2-27 dla udarów oraz w zakresie testów odporności na wyładowania elektrostatyczne w normie IEC 61000-4-2. Dostawcy kart pamięci i dysków SSD do kart katalogowych często dołączają raporty z testów środowiskowych, którym zostały poddane ich produkty. Można się w nich zapoznać ze szczegółowym opisem przeprowadzonych badań oraz ich wynikami, w tym z dokumentacją także w formie zdjęć przedstawiających poszczególne stanowiska pomiarowe (fot. 11).
Monika Jaworowska
Rozmowa z Marcinem Malinowskim z CSI Computer Systems for Industry - "Na co zwrócić uwagę, wybierając pamięć Flash do zastosowań przemysłowych?"
- Co wyróżnia przemysłowe dyski i karty pamięci Flash na tle pamięci stosowanych w elektronice popularnej i produktach konsumenckich?
Dyski SSD i karty pamięci w wykonaniu przemysłowym zaprojektowane są do pracy ciągłej 24 godziny 7 dni w tygodniu i cechują się wielokrotnie wyższą niezawodnością oraz pracować mogą w trudnych warunkach środowiskowych. Te ostatnie obejmują wibracje i drgania, przeciążenia, podwyższoną wilgotność i zapylenie, występowanie olejów i innych substancji ciekłych, itd.
Możliwość sprostania tym warunkom wynika z wysokiej niezawodności podzespołów i wykorzystaniu zaawansowanych rozwiązań do zarządzania zapisem danych. Również dzięki wyselekcjonowaniu każdego elementu wchodzącego w skład tego typu nośników - począwszy od lepszej jakości płytki drukowanej, poprzez komponenty mogące pracować w szerokim zakresie temperatur, na użyciu NAND Flash typu SLC (Single Level Cell) skończywszy - zapewniona jest pełna powtarzalność partii produkcyjnych.
Wszelkie, nawet drobne zmiany w architekturze, publikowane są w dokumentach PCN. Dyski SSD wykorzystywane są głównie w przemysłowych, bezwentylatorowych komputerach kompaktowych oraz większych konstrukcjach bazujących np. na płytach ATX, kartach procesorowych i innych. Wynika to m.in. z dostępności miejsca na dyski 2,5" oraz wymogów co do stosowania rozwiązań o dużych pojemnościach - zazwyczaj powyżej 16GB.
W przypadku systemów embedded od wielu lat najpopularniejsze są zaś karty Compact Flash, które są idealnym dyskiem systemowym m.in. dla Windows XP OEM oraz XP Embedded, systemów Linux, QNX i innych. W przypadku urządzeń typu mini-ITX stosuje się zazwyczaj moduły eUSB, czyli w standardzie Z-U130. Powyższe rozwiązania są obecnie zdecydowanie bardziej popularne niż klasyczne HDD ze względu na bardzo dobry stosunek jakości do ceny.
Przykładowo do zainstalowania systemu Windows XP Embedded wystarczy karta Compact Flash o pojemności nawet poniżej 1GB, która nie jest wcale droższa od przeciętnego dysku HDD 2,5’’. Jednocześnie po jednokrotnym zainstalowaniu systemu zapewni klientowi przysłowiowy spokój na wiele lat.
- Jakiego typu podzespoły kupują polscy klienci najczęściej? Czy odbiorcy szukają pojedynczych komponentów, czy raczej kompletacji i gotowych rozwiązań?
Najpopularniejszymi nośnikami są od lat karty Compact Flash. Wynika to z ich miniaturowych wymiarów, zgodności z interfejsem IDE oraz wystarczającej pojemności do zainstalowania nawet rozbudowanego systemu operacyjnego. Na kolejnym miejscu znajdują się dyski SSD 2,5", przy czym zauważyć tutaj można tendencję do odchodzenia od standardowego interfejsu PATA na rzecz SATA.
Jest to związane z faktem, że większość nowych komputerów przemysłowych ma już w większość złącza SATA. Oprócz tego w komputerach, gdzie projekt całego urządzenia jest dostosowany do aplikacji klienta, chętnie wykorzystywane są dyski modułowe DOM z interfejsem SATA i stopniowo coraz mniej popularnym PATA. W produktach o najwyższym stopniu miniaturyzacji, które wykorzystuje się np. system Windows CE, świetnie sprawdzają się karty SD oraz microSD w wersji Industrial Grade.
Takimi urządzeniami są przykładowo czytniki kodów kreskowych, czytniki RFID oraz rejestratory. W tych przypadkach duże znaczenie ma także prostota interfejsu SD IO oraz SPI. Stałą popularnością cieszą się też karty PCMCIA ATA. W CSI zajmujemy się kompleksowymi dostawami kompletnych komputerów przemysłowych, jednakże od kilkunastu lat sprzedajemy nośniki Flash niezależnie. Można śmiało stwierdzić, że wyspecjalizowaliśmy się właśnie w tego typu aplikacjach oraz dostarczaniu dysków SSD, kart pamięci i innych rodzajów nośników bazujących na pamięciach Flash do różnych projektów.
- Na co zwrócić uwagę, wybierając pamięci Flash do aplikacji profesjonalnych?
Pojemność, wbrew pozorom, nie jest najważniejszym kryterium wyboru. Pamięć ma bowiem, przyjmując niewielki zapas, wystarczyć do instalacji wymaganego oprogramowania. Również wysokie wartości transferów danych mają małe znaczenie w większości aplikacji wykorzystywanych do pracy ciągłej, gdyż zapisywane są zazwyczaj duże ilości małych plików. To ostatnie przekłada się na ważne parametry techniczne pamięci i dysków.
Najważniejszym z nich jest rodzaj pamięci Flash wykorzystanej do budowy nośnika - powinien być to NAND Flash typu SLC (Single Level Cell). Jest to podstawowy typ tej pamięci używany w rozwiązaniach typu Industrial Grade oraz droższych Enterprise Grade. Zapewnia on wysokie transfery zarówno dla bardzo małych, jak też dużych plików danych. Ze względu na zauważalnie wyższą cenę, nie spopularyzował się w produktach przeznaczonych na rynek komercyjny, gdzie koszt jest jedynym kryterium, a czas życia produktu jest wielokrotnie krótszy niż w przypadku przemysłu.
Tylko jednak na bazie pamięci SLC zbudować można nośniki pracujące w temperaturach otoczenia od -40 do 85°C. Pozostałe, "budżetowe" typy pamięci Flash, czyli MLC i TLC, które przeznaczone są do aplikacji konsumenckich, nie mogą być użytkowane w temperaturach ujemnych. SLC zapewnia także, w zależności od zastosowanego kontrolera, kilkadziesiąt razy więcej cykli zapisu i kasowania. Dla aplikacji pracujących w trybie 24/7 jest to niezmiernie istotne.
Większość oferowanych przez nas przemysłowych nośników Flash wyposażonych jest standardowo w dodatkowe technologie takie jak zabezpieczenie przed negatywnymi skutkami spadku zasilania (PowerArmor, Power Protector), wykrywanie słabszych komórek pamięci i podmienianie ich na zapasowe, szczegółowy monitoring stopnia zużycia dysku i inne.
Dla samych klientów ważne jest też wsparcie techniczne udzielane przez producenta, długa dostępność produktu na rynku oraz łatwość doboru przez dostawcę alternatywnych rozwiązań. Marka nośnika również ma znaczenie, gdyż za nią zazwyczaj stoi wieloletnie doświadczenie producenta i wkład w rozwój omawianych produktów.
- Jakie jest zainteresowanie krajowych odbiorców nośnikami Flash w wykonaniu przemysłowym?
Zainteresowanie przemysłowymi pamięciami Flash w Polsce rośnie. Obecnie około 80-90% naszych rozwiązań embedded opiera się na kartach Compact Flash oraz dyskach SSD - podzespoły te obniżają bowiem awaryjność całych systemów. Rozwój branży uzależniony jest od dwóch rzeczy, które idą w parze - wzrastającej świadomości konstruktorów w zakresie niepozornych, ale w praktyce ogromnych korzyści związanych z omawianymi nośnikami, oraz wzrastającej liczby projektów.
Im więcej ciekawych i wymagających aplikacji, tym mniej chętnie klienci sięgają po HDD i przekonują się do przemysłowych nośników Flash. Również część projektów realizowana dotychczas z wykorzystaniem rozwiązań komercyjnych przestawiana jest na te przemysłowe ze względu na awaryjność i znikomą powtarzalność jakości komercyjnych nośników Flash MLC/TLC. Od czasu kryzysu ceny systematycznie spadały - obecnie są w miarę stabilne. Widać to szczególnie w przypadku dysków o dużych pojemnościach.
- Jakie są nowości technologiczne w omawianej branży? Jakie wersje pamięci dyskowych są obecnie dostępne?
Przede wszystkim pojawiają się nowe formaty mechaniczne modułów dyskowych. Przez lata można było kupić tylko karty Compact Flash i dyski 2,5" IDE - obecnie mnogość interfejsów i kształtów jest o wiele większa. Mamy na przykład w stałej ofercie kilkanaście różnych typów modułów SATA DOM dopasowanych do nawet najbardziej specyficznych wymagań klienta, przy czym każdy występuje dodatkowo w wielu wersjach, jeżeli chodzi o temperaturę pracy, szybkości transferu danych, itd.
Również karty Compact Flash występują w kilku specyficznych ustawieniach rodzajów pracy, w tym w trybach single, dual i quad channel, z DMA/UDMA lub bez niego, jako dyski wymienne lub stałe, także w wersjach z zabezpieczeniem przed zapisem. Dyski SSD produkowane są w formacie 2,5" i coraz popularniejszym 1,8" microSATA, jako moduły Slim SATA JEDEC MO-297A i ze złączem miniPCI-e. Wyposażone mogą być one w certyfikowane przez wojsko zabezpieczenia (Sanitization, Secure Erase oraz Fast Erase), pojawiają się także dyski SSD z szyfrowaniem danych w locie z wykorzystaniem AES.
Widać również zapotrzebowanie na szybkie karty Compact Flash z interfejsem SATA, czyli tzw. karty CFast. Wszystkie produkty zamówić można też z pokryciem konformalnym i we wzmocnionych mechanicznie obudowach. Oprócz tego karty SD i microSD Industrial Grade są coraz popularniejsze w aplikacjach wykorzystujących system Windows CE.
Rosnące uznanie wśród klientów znajdują również w pełni metalowe dyski pendrive w wersjach o stopniu ochrony IP54/IP68 i z autoryzacją dostępu. Jeżeli zaś chodzi o same pamięci NAND Flash SLC, to co kilka lat zmienia się proces technologiczny, co skutkuje koniecznością powiększania wartości korekcji błędów ECC i zmianami w kontrolerach, ale umożliwia jednocześnie większe upakowanie danych w pojedynczym układzie pamięci.
- Dziękuję za rozmowę.
Zbigniew Piątek
