为工业系统选择最适用的固态硬盘

为工业系统选择最适用的固态硬盘

　　直到最近，过高的入门成本仍然是工业固态硬碟（SSD）普及的最大阻碍，但归功于价格的持续最佳化，SSD现正成为越来越流行的储存介质。当决定购买SSD储存设备时，要考虑几个关键因素；但是，不同的储存应用将决定使用不同的储存方案。

　　过去几年来，在越来越多的应用中，正越来越普遍地使用SSD，它大有取代传统硬碟驱动器（HDD）之势。在许多领域，主要是工业市场，SSD正取代传统的储存介质。特别是，小外型的SSD（如CF卡或SD卡），多年来业已在工业环境中证明了自己的价值。

　　SSD通常由下列关键元件组成：印刷电路板、控制器、韧体、记忆体（通常基于NAND快闪记忆体技术）以及可选的缓衝记忆体。对NAND快闪记忆体来说，其不同的储存单元进入不同状态，因此储存了资讯。

　　SSD以全电子运作，因此与採用磁性旋转碟片和读/写头的传统HDD不同，SSD对整个储存空间的存取速度要快得多。因SSD在工作时没有活动元件，所以在需要坚固耐用的工业应用中SSD更受青睐。

　　与HDD相较，SSD噪音低且更可靠、它还有高能效及抗衝击和防震的特点。除此之外，比之HDD几年的寿命，SDD的使用週期可达近10年；眼下，SDD的唯一缺点，是其更高的价格/密度比，但该比例在持续下降。例如，两年前，标準的工业SSD的成本约为27美元/GB；眼下则仅为13美元/GB，且价格仍在下降。这是因为快闪记忆体元件的结构尺寸从60nm微缩至约20至40nm，并可能进一步微缩。虽然HDD的平均成本在0.10美元/GB水準（显然便宜得多），但从总的拥有成本的角度看，SSD仍更胜一筹。

　　基于上述优势，自动化工业界的许多应用都要求採用SSD；SSD最重要的优势是能提供多年的可靠服务。

　　叁种不同的固态储存方案

　　但使用这些新奇的储存方案，要求设计师考虑几方面的问题，这是因为不同的SSD有不同的功能特性。作为一般规则，我们将快闪记忆体元件分为：单级单元（SLC）、多级单元（MLC）和新颖的叁级单元（TLC）。 SLC型SSD，每个快闪记忆体单元储存一位元；MLC型SSD，每个快闪记忆体单元储存两位元；TLCS型SSD，每个快闪记忆体单元储存叁位元。 因此，就相同的元件面积来说，MLC和TLC元件可比SLC元件保存更多资讯，因为它们的储存密度更高。因为晶片面积是决定快闪记忆体成本的重要因素，所以MLC和TLC类SSD的价格低于SLC类SSD的。MLC SSD的平均成本是4美元/GB ，而SLC SSD的则约为13美元/GB。

　　但低成本也有不利的一面。它牺牲了元件的使用寿命週期、可靠性、速度和耐用性。MLC记忆体具有高得多的故障率，因此需要覆盖範围广泛得多且倍加小心设计纠错方法。

　　MLC驱动器受限于有限的程式擦除次数。供应商提供的大多数SLC快闪记忆体记忆体擦写次数是100，000次，而MLC元件的只有1，000至3，000次。两者在耐用性方面也有显着差异。SLC方案能将资料可靠地储存长达10年之久，而MLC方案的资料储存时间最长才为一年。例如，对资料记录或诸如用于作业系统开机启动介质内静态资料的唯读应用来说，MLC的资料储存时间显然不够长。

　　这些差异是技术性的。我们以以下简化的例子予以说明。只能非满即空的一玻璃杯水，可简单清楚地显示其目前的状态——就像一个可以是0或1的SLC储存单元。但像有四种不同“装水量”的MLC设计，要评估玻璃杯内有0%、33%、66%或100%的水则更困难。而对可有8种状态的TLC元件来说，状态评估就变得更加困难。

　　SLC记忆体支援工业应用

　　MLC和TLC记忆体比SLC便宜，所以它们是诸如MP3播放器、数位相机、随身碟或手机等消费品的理想选择。对这些应用来说，价格对销售的影响更重大，它们没有那么多的读、写作业；可靠性或耐用性也不像工业应用中那样的息息相关。但工业应用却需要SLC记忆体提供的优势。

　　更大的SSD方案，如传统的2.5英吋磁碟机等产品通常都配备了高性能控制器，它不仅有SLC或MLC快闪记忆体元件，还有额外的动态随机存取记忆体（DRAM）元件。这大幅提高了SSD的可靠性并延长了寿命。在较小的SSD方案（如自动化或嵌入式应用所需的）中，由于有限的可用空间和电源发生故障时的安全性要求，这一组合是不可能的。这是为什么CF、C-Fast、SD或microSD卡通常只包括快闪记忆体技术。

　　业界无法全然避开SLC方案，因为这种快闪记忆体单元技术具有最高的可靠性与低错误率及长期耐用性。工业电脑通常是24小时/7天连续执行的，其中，系统的开机时间是最重要的考量。在这些应用中，採用SLC方案多花的几美元能很容易地证明自己物有所值，因为系统停机通常要付出高得多的代价。SLC方案还有另一个优势：其擦写次数是MLC方案的20至100倍，并能将资料保存10年。

　　不论如何选择SLC、MLC或TCL的SSD，不同厂商生产的记忆体产品在满足工业需求方面存在明显差异。一个重要方面是长期可用性。系统供应商的产品往往会在其产品目录中持续数年。改变记忆体元件所需的重新认证并不会增加新功能，但会牵制必要的资源并减缓下一代系统的开发进度。

　　即使使用相同的元件，设计师仍然面临问题。虽然在特定的应用中，一款记忆体卡可能尽职尽责，但相同标识同样卡的新批次产品，往往无法在该应用中使用。这是由所用材料（BOM）造成的，BOM记述了在记忆卡中使用的元件和韧体。不幸的是，製造商经常使用不同的元件，也即虽改变了BOM，但并没有提供标记或通知客户。若採用了新韧体或新的快闪记忆体晶片版本，则因不相容或功能不完善，受影响的产品可能完全无法工作。

　　塬始设备製造商应该选择为其记忆体方案提供固定BOM的厂商。这将保证所有的产品结构都与样品相同；因此，这些不同批次的同一规格的产品是100%相同的。

　　SLC的SSD为塬始设备製造商提供了支援工业应用独特需求的储存方案。只需增加少许成本，设计师就可保证能开发出可长期可靠工作、抵御恶劣环境的储存产品。