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