Auswahl des Speichers für Ihre industrielle Anwendung

(Quelle:Hyperstone)

Flash-Speicher ist eine allgegenwärtige Komponente in praktisch jedem elektronischen Gerät um uns herum. Es könnte beim Kauf als Gebrauchsgegenstand angesehen werden. Die Realität ist jedoch weit davon entfernt, wenn es für den Einsatz in Industrieanlagen benötigt wird. Ohne das Gesamtbild in Bezug auf den Anwendungsfall zu kennen, ist es leicht, in eine Falle zu tappen, zu denken, dass alle Speicher gleich sind, und sich ausschließlich nach dem Preis pro Gigabyte zu entscheiden. Vielen Designingenieuren fällt es möglicherweise schwer, zwischen hochwertigen und minderwertigen Flash-Speichern zu unterscheiden. Neuerer Flash mit höherer Kapazität bedeutet normalerweise keine bessere Zuverlässigkeit.

Eine weitere Beobachtung auf Systemebene ist, dass der Flash-Speicher-Controller ebenso entscheidend ist wie die Auswahl des Speichers selbst. Controller und Flash bestimmen zusammen die Systemqualität. Daher müssen beide als Ganzes betrachtet werden. In diesem Artikel werden wir untersuchen, warum nicht alle Formen von Speichersubsystemen, SSDs oder USB-Flash-Laufwerken gleich sind, und einige der kritischen Faktoren, die Ingenieure bei der Kaufentscheidung für Industrieanlagendesigns berücksichtigen müssen.

Temperatur

Bei Unterhaltungselektronik können die Betriebstemperaturen leicht variieren. In den meisten Fällen verwenden wir unseren Computer jedoch beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von niedrigen 20°C. Für Unterhaltungselektronik liegt der zulässige Temperaturbereich im Allgemeinen bei 0 °C bis 40 °C, manchmal sogar bis 60 °C. Innerhalb des industriellen Bereichs können die Temperatur und ihr Ausmaß jedoch extremer sein. Der angegebene industrielle Temperaturbereich reicht von -40°C bis +85°C.

Obwohl alle Komponenten und Module, die für den Einsatz in Industrieanwendungen ausgelegt sind, den erweiterten Betriebstemperaturbereich erfüllen, ist zu beachten, dass die angegebenen Temperaturen für die Umgebung gelten. Intern, an der Verbindungsstelle, werden die Temperaturen viel höher sein. Das Testen dieser Geräte bei Umgebungstemperaturen von beispielsweise 125 °C erhöht das Vertrauen in ihre Zuverlässigkeit. Um die Auswirkungen hoher Umgebungstemperaturen abzumildern, sollten Ingenieure darauf abzielen, Komponenten mit einer geringeren Betriebsleistung auszuwählen. Dies trägt dazu bei, die Innentemperatur niedrig zu halten und wirkt sich positiv auf Systemebene aus.

Der Versuch, Flash-Speicher und einen Controller bei Temperaturen zu verwenden, für die sie nicht ausgelegt sind, führt zu jedem Zeitpunkt zu Bedenken hinsichtlich eines möglichen Ausfalls. Scheitern ist bei Wirtschaftsingenieuren kein beliebter Begriff. Das Anhalten einer Produktion und der Neustart kann ein kostspieliger Zwischenfall sein. Ein plötzlicher, unkontrollierter Ausfall von Geräten kann ebenfalls erhebliche Schäden verursachen, deren Behebung kostspielig ist und zu weiteren Ausfallzeiten führen kann.

Sie fragen sich vielleicht, warum Sie nicht einen 32-GB-USB-Stick für beispielsweise 10 US-Dollar im Einzelhandel kaufen sollten, sondern einen anderen, der sehr ähnlich aussieht, für 30 US-Dollar? Wir werden versuchen, diese Frage genauer zu beantworten, aber Sie können bereits jetzt feststellen, dass jedes Modul für industrielle Anwendungen mit Blick auf einen anspruchsvolleren Anwendungsfall getestet wird und eine konstant hohe Produktqualität über eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Industrielle Zuverlässigkeit beginnt bei der Konstruktion .

Sicherzustellen, dass ein Speichersystem für industrielle Temperaturen ausgelegt ist, ist vielleicht das Ende eines langen Designprozesses, der mit industriellen Qualitäten an der Grundlage der Hardware beginnt. Bei Hyperstone beispielsweise sind unsere Flash-Speicher-Controller für industrielle Anwendungen bereits auf Blockebene des geistigen Eigentums (IP) ausgelegt. Der IP-Designansatz ist in Bezug auf Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit weitaus strenger als bei Verbrauchergeräten.

Bewährte Testtechniken werden angewendet, um das IP einem Stresstest zu unterziehen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Design einen Sicherheitsspielraum in Bezug auf kritische Aspekte wie Taktung und Timing enthält. Beispielsweise wird eine Spannungsabfallanalyse angewendet, die zur Definition von Industriequalität beiträgt.

Wenn die Temperatur eine der Hauptüberlegungen ist, sind Faktoren wie das Hardware-Timing sehr wichtig. Es erfordert Entwurfszeit und möglicherweise Chipfläche, um sicherzustellen, dass ein Chip bei unterschiedlichen Temperaturen zuverlässig arbeitet. Jahrelange Erfahrung führte zu einer Weiterentwicklung der Produktmerkmale und der eingebauten Zuverlässigkeit. Jeder neue Controller beinhaltet weiterhin branchenspezifisches Anwendungsfallwissen und anwendungsspezifischen Support, der über viele Jahre hinweg gewonnen wurde.

Die Firmware-Entwicklung ist ein weiteres kritisches Element. Es muss mit der gleichen industriellen Denkweise angegangen werden und parallel zum Hardware-Design laufen, eng damit verbunden. Die in Flash-Controllern verwendete Firmware muss hinsichtlich ihrer Flexibilität zukunftssicher sein. Industrielle Systeme haben eine typische Betriebslebensdauer von einem Jahrzehnt oder mehr, normalerweise in sehr anspruchsvollen Umgebungen. Durch die Befolgung von Entwicklungstechniken, die sicherstellen, dass die Firmware in einer hoch strukturierten Weise entwickelt wird, wird eine größere Codeabdeckung während der Verifizierung erreicht. Dies wiederum führt zu hochwertiger Firmware, die genauso zuverlässig ist wie die Hardware, auf der sie läuft.

Schließlich ist das Testen ein grundlegender Bestandteil bei der Bereitstellung von Systemen, die dem anspruchsvollen industriellen Einsatz entsprechen. Neben Temperaturzyklen sind Tests auf plötzliche Stromausfälle Teil eines intensiven Rahmens, um zu validieren, dass Produkte wie vorgesehen funktionieren. Der plötzliche Stromausfalltest simuliert einen vollständigen Stromausfall. Um die Datenintegrität zu wahren, müssen Sie beim Hochfahren des Systems sicherstellen, dass keine Daten verloren gehen. Bei Hyperstone testen wir beispielsweise jedes neue Produkt und jede neue Firmware durch intensives Aus- und Einschalten.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Verwendung von Flash-Speicher ist die Datenerhaltung, die stark von der Betriebstemperatur abhängt. Daten gehen im Laufe der Zeit vom Flash verloren, und je höher die Umgebungstemperatur, desto höher ist die Datenverlustrate. Der Verlust tritt unabhängig davon auf, ob das Gerät aktiv ist oder nicht – ein weiterer Grund, warum die Temperatur ein wichtiger Aspekt ist. Typische Datenerhaltungseigenschaften für Flash-Speicher werden bei 25 °C angegeben. In einer industriellen Umgebung ist es ziemlich üblich, dass Geräte einer Temperatur von etwa 60 °C ausgesetzt sind, und dies hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Datenspeicherung. Wenn Sie beispielsweise die Temperatur eines Speichersystems von Raumtemperatur auf 60 °C erhöhen, verringert sich die Datenerhaltungsrate wahrscheinlich um den Faktor 20. Das klingt nach viel. Es ist eine Menge. Daten können nach 6 Monaten statt nach 10 Jahren verloren gehen. Die vom Controller verwalteten Flash- und Aktualisierungsfunktionen können Ihre Daten schützen.

Gewährleistung des langfristigen Produktsupports

Nur wenige Anbieter werden dem langfristigen Produktsupport wirklich gerecht. Ihr ausgewählter Speicher- und Controller-Lieferant sollte Sie bei jedem Schritt begleiten, von den ersten Designkonzepten bis hin zum Produkt im Einsatz. Dieser letzte Punkt ist insbesondere für industrielle Anwendungen relevant, bei denen die Nutzungsdauer zehn oder sogar zwanzig Jahre statt zwei oder vielleicht maximal fünf Jahre für Konsumgüter betragen kann. Das Engagement von Hyperstone für Langlebigkeit wird beispielsweise durch die Unterstützung von CF-Karten-Controllern, die 2003 eingeführt wurden, veranschaulicht.

Lieferanten müssen so früh wie möglich mit dem Kunden in Kontakt treten, um das Design optimal auf die Anforderungen ihrer Anwendungen abzustimmen. Bei Hypestone könnte unsere erste Frage beispielsweise lauten:„Was ist Ihr Anwendungsfall?“ Gemeinsam mit Kunden können wir mithilfe von Tools wie unserem Use Case Tracker genau beurteilen, wie eine Anwendung auf ein Speichermedium zugreift und diese belastet. Wir können spezifische Parameter wie Zugriffsmuster, Schreib- und Lesegeschwindigkeit, Zugriffsfrequenz bestimmen, die zur Optimierung der Firmware erforderlich sind, die richtige Konfiguration und Kapazität auswählen und dadurch die Zuverlässigkeit maximieren und die Kosten optimieren.

Später während der Lebensdauer eines Produkts können Probleme auftreten, die nur vom Controller-Hersteller analysiert werden können. Debugging-Schnittstellen und Protokollfunktionen, die in Controller und Firmware-Architektur integriert sind, helfen Anbietern wie Hyperstone, Fehler zu analysieren, falls diese auftreten. In 99,9 % der Fälle können wir sehen, was passiert ist, und Maßnahmen ergreifen, um ein erneutes Auftreten zu verhindern. Versuchen Sie das mit einem Consumer-Flash-Controller!

Schlussfolgerung

Bei der Erwägung eines Flash-Speichermediums, das den strengen Anforderungen einer industriellen Umgebung gerecht werden soll, möchten Ingenieure möglicherweise besonderes Augenmerk auf Temperatur, industrielles Testniveau, lebenslangen Support und langfristige Verfügbarkeit legen. Die Anpassung der Konfiguration an den Anwendungsfall mit dem System kann Geld und Kopfschmerzen sparen. Andernfalls erhalten Sie möglicherweise eine großartige Lösung, die nicht zu Ihrer Anwendung passt