Was sind industrielle eingebettete SSDs?

Eingebettete SSDs sind unverzichtbare Komponenten im technischen Ökosystem, die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit bei der Datenspeicherung vereinen. Da sie keine mechanischen Teile enthalten, verhindert ihre Architektur Ausfälle aufgrund mechanischer Störungen und gewährleistet so einen schnellen Datenzugriff - ein entscheidendes Merkmal in der heutigen, schnelllebigen Informationslandschaft.

Die Umstellung der Branche auf die 3D-NAND-Technologie, insbesondere die Einführung von Triple-Level-Cells (TLC), hat die Speicherdichte und die Lese-/Schreibvorgänge erheblich verbessert. Die Speicherung von drei Datenbits pro Zelle macht TLC zu einer kostengünstigen Lösung, die in SSDs für Unternehmen und Verbraucher, Digitalkameras, Mobiltelefonen und USB-Laufwerken zum Einsatz kommt.

Ein bedeutender Schritt in diesem Bereich ist die Einführung der Triple-Level Cell (TLC)-Technologie, die drei Datenbits pro Zelle speichert und im Vergleich zu Single-Level Cell (SLC)- und Multi-Level Cell (MLC)-Flashspeichern niedrigere Kosten pro Gigabyte bietet. Dies macht TLC zu einer kosteneffektiven Lösung, die sowohl in SSDs für Unternehmen als auch für Verbraucher, Digitalkameras, Mobiltelefone und USB-Laufwerke integriert werden kann.

Die Verbindung von TLC mit 3D-NAND, bei der die Speicherzellen vertikal gestapelt werden, erhöht die Speicherdichte weiter und verbessert gleichzeitig die Flash-Ausdauer. Der Wechsel von der traditionellen Floating-Gate-Architektur zur Charge-Trap-Architektur in TLC-3D-NAND-Designs erhöht die Ausdauer und Zuverlässigkeit. Diese Charge-Trap-Architektur, bei der eine Siliziumnitridschicht zum Halten geladener Elektronen verwendet wird, mildert potenzielle Defekte und Ladungsstörungen. Die Verschmelzung von TLC- und 3D-NAND-Technologie in eingebetteten SSDs stellt einen ausgewogenen Ansatz zur Erreichung höherer Speicherkapazitäten, verbesserter Leistung und Kosteneffizienz dar, der verschiedene Speicheranforderungen in der sich entwickelnden Technologielandschaft erfüllt.

1. Formfaktor: Berücksichtigen Sie die Anpassungsfähigkeit und Einsatzmöglichkeiten.

Der Formfaktor bestimmt die Anpassungsfähigkeit und den Einsatz des SSDs in verschiedenen Anwendungen. Die Entscheidung konzentriert sich auf Notwendigkeiten wie Hot-Swap-Funktionen und physische Abmessungen. Während die 2,5-Zoll-SSD beispielsweise Flexibilität und einfache Austauschbarkeit bietet, ist die M.2-SSD in verschiedenen Größen erhältlich und bietet eine kompakte Form, wenn auch ohne Hot-Swapping-Funktionen.

2. Speicherkapazität: Verstehen Sie die nutzbare Speicherkapazität und ziehen Sie eine Überbevorratung in Betracht.

Bei der Bewertung von eingebetteten SSDs müssen Sie deren tatsächlich nutzbare Speicherkapazität kennen. Die Hersteller geben möglicherweise die volle Flash-Größe an oder bieten Over-Provisioning (OP) an. In diesem Fall wird ein Teil des Speicherplatzes für interne SSD-Verwaltungsaufgaben wie die Garbage Collection reserviert. So bietet eine SSD mit 256 GB aufgrund von OP möglicherweise nur 240 GB nutzbaren Speicherplatz. Dieser Ansatz beeinträchtigt die Leistung und Dauerhaftigkeit des SSD in Anwendungen mit hohem Bedarf und macht es unerlässlich, die tatsächlich nutzbare Kapazität des SSD zu prüfen und zu testen.

Beispiel: SATA-SSDs eignen sich hervorragend als Boot-Laufwerke und Speichereinheiten. Sie entsprechen den SATA-IO- und JEDEC-Standards und weisen eine robuste Leistung auf, insbesondere in industriellen Szenarien.

3. Datenrate (sequenzielle Lese-/Schreibgeschwindigkeit): Bewertet wird, wie schnell auf Daten zugegriffen oder geschrieben werden kann.

Die Datenrate, insbesondere die sequenziellen Lese- und Schreibgeschwindigkeiten, ist entscheidend dafür, wie schnell auf Daten auf der SSD zugegriffen werden kann. Hohe sequenzielle Geschwindigkeiten sind entscheidend für Aufgaben, die große Dateiübertragungen oder hochauflösende Videobearbeitung beinhalten, um einen schnellen Datenzugriff und effiziente Abläufe zu gewährleisten.

Beispiel: Eingebettete NVMe-SSDs nutzen die Hochgeschwindigkeits-PCIe-Schnittstelle, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Latenzzeit erheblich zu reduzieren.

4. Langlebigkeit und Lebensdauer: Bewerten Sie Metriken wie Terabytes Written (TBW) und verstehen Sie die Verschleißausgleichstechnologie.

Die Lebensdauer von SSDs wird anhand von Metriken wie Terabytes Written (TBW) oder Drive Writes Per Day (DWPD) quantifiziert. Diese Metriken zeigen die begrenzte Datenmenge an, die während der Lebensdauer auf das SSD geschrieben werden kann. Ein höherer TBW- oder DWPD-Wert bedeutet eine längere Lebensdauer und macht die SSD zu einer zuverlässigeren Wahl für schreibintensive Anwendungen.

Ein Schlüsselmerkmal, das zur Haltbarkeit einer SSD beiträgt, ist die Verschleißausgleichsfunktion. Jede Flash-Speicherzelle kann eine begrenzte Anzahl von Programm-/Löschzyklen (P/E) verkraften, bevor sie bei der Datenspeicherung unzuverlässig wird. Diese Begrenzung wirkt sich auf die Gesamtlebensdauer und Ausdauer des Speichermediums aus. Die Wear-Leveling-Technologie sorgt für eine ausgewogene Verteilung der Schreib- und Löschzyklen auf dem Speichermedium und maximiert so dessen Lebensdauer.

Beispiel: Die Ausdauer von SATA Embedded SSDs, die sich in ihrer TBW-Kennzahl widerspiegelt, macht sie ideal für industrielle Anwendungen.

5. Breite Betriebstemperatur: Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs in verschiedenen Umgebungen, einschließlich extremer Temperaturen.

Die meisten eingebetteten Systeme befinden sich in kompakten Umgebungen und haben mit Problemen bei der Wärmeableitung zu kämpfen. Außerdem sind einige Anwendungen in rauen Umgebungen wie im Freien oder in Fahrzeugen angesiedelt. Durch die Fähigkeit, in einem breiten Temperaturbereich zuverlässig zu arbeiten, eignen sich einige SSDs gut für Industrie-, Automobil- oder Außenanwendungen, wo sie extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Unabhängig davon, ob sie in heißem oder kaltem Klima eingesetzt werden, stellt ein breiter Betriebstemperaturbereich sicher, dass das SSD weiterhin zuverlässig funktioniert.

6. Schutz vor Stromausfall und Fehlerkorrektur: Achten Sie auf Technologien wie Power Loss Protection (PLP) und Error-Correcting Code (ECC), um die Datenintegrität zu gewährleisten.

Eingebettete SSDs verwenden die Power Loss Protection (PLP)-Technologie, wie Powerguard von Cervoz, um die Datenintegrität bei Stromausfällen aufrechtzuerhalten, indem Echtzeit-Detektoren eingesetzt werden, um Stromausfälle zu erkennen und integrierte Mechanismen zu aktivieren, um Datenbeschädigungen zu verhindern. Einige SSDs verwenden beispielsweise integrierte Kondensatoren, um bei plötzlichen Stromausfällen eine Notstromversorgung zu gewährleisten und sicherzustellen, dass laufende Schreibvorgänge abgeschlossen werden. Daneben erhöht der Error-Correcting Code (ECC) die Zuverlässigkeit der Daten, indem er Datenfehler automatisch erkennt und korrigiert, was in Szenarien, die eine hohe Datengenauigkeit erfordern, unerlässlich ist. Zusammen verstärken PLP und ECC die Zuverlässigkeit und Datenintegrität von eingebetteten SSDs unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

7. Verlässlichkeit und Datenintegrität: Integrieren Sie fortschrittliche Technologien wie ECC für verbesserte Datenzuverlässigkeit.

Für eine verbesserte Datenintegrität und -zuverlässigkeit ist die Integration von fortschrittlichen Technologien wie ECC von entscheidender Bedeutung. Wie bereits erwähnt, ist ECC ein wesentlicher Faktor für die Aufrechterhaltung der Datenintegrität und -zuverlässigkeit, indem es Datenfehler automatisch erkennt und korrigiert. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen, in denen die Datengenauigkeit von entscheidender Bedeutung ist, da so sichergestellt wird, dass die Daten im Laufe der Zeit nicht beschädigt werden.

Diese zusätzlichen Funktionen unterstreichen die Robustheit und Vielseitigkeit von eingebetteten SSDs und machen sie zu einer zuverlässigen Wahl für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen.

Eingebettete SSDs bieten praktische Vorteile in verschiedenen Anwendungen:

1. HPC-Cluster (High-Performance Computing): Beschleunigung des Datendurchsatzes in der Genomikforschung.

In computergestützten Genomforschungsclustern beschleunigen eingebettete SSDs mit NVMe-Schnittstellen den Datendurchsatz bei der Verarbeitung umfangreicher genomischer Sequenzen. Dies fördert die Datenverarbeitung und -analyse in Echtzeit und rationalisiert die Arbeitsabläufe in der personalisierten Medizinforschung.

2. Industrielle Automatisierung und Steuerungssysteme: Kostengünstige Lösungen für PLCs in anspruchsvollen Umgebungen.

Während traditionell die SLC-NAND-Technologie wegen ihrer höheren Ausdauer in anspruchsvollen Umgebungen bevorzugt wurde, haben Fortschritte bei der Fehlerkorrektur und den Verschleißausgleichsmechanismen die Anwendbarkeit von eingebetteten SSDs mit TLC-NAND-Technologie in SPSen in Fertigungsumgebungen erweitert. Diese Entwicklung ermöglicht es TLC NAND, eine kosteneffiziente Lösung zu bieten, die einen zuverlässigen Betrieb und Echtzeit-Steuerungsprozesse in einer Vielzahl von industriellen Umgebungen, einschließlich solcher mit hohen Temperaturen und starken Vibrationen, gewährleistet.

3. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Sicherstellung einer konsistenten Datenschreibintegrität und -geschwindigkeit in Avioniksystemen.

In modernen Avioniksystemen werden eingebettete SSDs für die Datenprotokollierung und Sensordatenerfassung benötigt, um eine konsistente Datenschreibintegrität und -geschwindigkeit zu gewährleisten. Diese SSDs sind mit robusten Merkmalen ausgestattet und garantieren eine stabile Leistung bei schwankenden Temperaturen und hohen G-Belastungen, wie sie bei Luft- und Raumfahrtmissionen vorherrschen.

4. Telekommunikationsinfrastruktur: Verbessern Sie IO-intensive Anwendungen durch Reduzierung der Latenzzeit.

Für einen robusten und kompetenten Netzwerkbetrieb in Rechenzentren, die Telekommunikationsarbeitslasten verwalten, verbessern eingebettete SSDs IO-intensive Anwendungen durch Reduzierung der Latenzzeit. Dadurch werden die Datenabrufzeiten für Echtzeitverarbeitungsanforderungen, einschließlich VoIP- und Videokonferenzdiensten, verbessert.

5. Erweiterte Fahrerassistenzsysteme (ADAS) im Automobilbereich: Entscheidend für die Echtzeit-Sensor- und Kameraverarbeitung in Fahrzeugsicherheitssystemen.

Eingebettete SSDs werden in Fahrzeug-ADAS verwendet, wo schnelle Datenzugriffs- und -schreibfähigkeiten für die Sensor- und Kameraverarbeitung und -analyse in Echtzeit unerlässlich sind. Sie ermöglichen eine bessere Empfindlichkeit und Genauigkeit bei sicherheitskritischen Funktionen wie Kollisionsvermeidung und Spurhaltewarnungen.