為工業系統選用合適的SSD

　　過去幾年來，在越來越多的應用中，正越來越普遍地使用SSD，它大有取代傳統硬碟驅動器（HDD）之勢。在許多領域，主要是工業市場，SSD正取代傳統的儲存介質。特別是，小外型的SSD（如CF卡或SD卡），多年來業已在工業環境中證明了自己的價值。

　　SSD通常由下列關鍵元件組成：印刷電路板、控制器、韌體、記憶體（通常基于NAND快閃記憶體技術）以及可選的緩衝記憶體。對NAND快閃記憶體來說，其不同的儲存單元進入不同狀態，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/寫頭的傳統HDD不同，SSD對整個儲存空間的存取速度要快得多。因SSD在工作時沒有活動元件，所以在需要堅固耐用的工業應用中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。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，是其更高的價格/密度比，但該比例在持續下降。例如，兩年前，標準的工業SSD的成本約為27美元/GB；眼下則僅為13美元/GB，且價格仍在下降。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。

　　基于上述優勢，自動化工業界的許多應用都要求採用SSD；SSD最重要的優勢是能提供多年的可靠服務。

　　叁種不同的固態儲存方案

　　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：單級單元（SLC）、多級單元（MLC）和新穎的叁級單元（TLC）。 SLC型SSD，每個快閃記憶體單元儲存一位元；MLC型SSD，每個快閃記憶體單元儲存兩位元；TLCS型SSD，每個快閃記憶體單元儲存叁位元。 因此，就相同的元件面積來說，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SSD的價格低于SLC類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差異。SLC方案能將資料可靠地儲存長達10年之久，而MLC方案的資料儲存時間最長才為一年。例如，對資料記錄或諸如用于作業系統開機啟動介質內靜態資料的唯讀應用來說，MLC的資料儲存時間顯然不夠長。

　　這些差異是技術性的。我們以以下簡化的例子予以說明。只能非滿即空的一玻璃杯水，可簡單清楚地顯示其目前的狀態——就像一個可以是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種狀態的TLC元件來說，狀態評估就變得更加困難（見圖1）。

　　圖1：單級單元（SLC）有兩種狀態（0或1）；多級單元元件（MLC）有四種狀態；叁級單元（TLC）則總計有關鍵的八個可能狀態用以評估。
SLC記憶體支援工業應用

　　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。對這些應用來說，價格對銷售的影響更重大，它們沒有那么多的讀、寫作業；可靠性或耐用性也不像工業應用中那樣的息息相關。但工業應用卻需要SLC記憶體提供的優勢。

　　更大的SSD方案，如傳統的2.5英吋磁碟機等產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，還有額外的動態隨機存取記憶體（DRAM）元件。這大幅提高了SSD的可靠性并延長了壽命。在較小的SSD方案（如自動化或嵌入式應用所需的）中，由于有限的可用空間和電源發生故障時的安全性要求，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。

　　業界無法全然避開SLC方案，因為這種快閃記憶體單元技術具有最高的可靠性與低錯誤率及長期耐用性。工業電腦通常是24小時/7天連續執行的，其中，系統的開機時間是最重要的考量。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。SLC方案還有另一個優勢：其擦寫次數是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，不同廠商生產的記憶體產品在滿足工業需求方面存在明顯差異。一個重要方面是長期可用性。系統供應商的產品往往會在其產品目錄中持續數年。改變記憶體元件所需的重新認證并不會增加新功能，但會牽制必要的資源并減緩下一代系統的開發進度。

　　即使使用相同的元件，設計師仍然面臨問題。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品，往往無法在該應用中使用。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，製造商經常使用不同的元件，也即雖改變了BOM，但并沒有提供標記或通知客戶。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，受影響的產品可能完全無法工作。

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

　　SLC的SSD為塬始設備製造商提供了支援工業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發出可長期可靠工作、抵御惡劣環境的儲存產品。