産業用アプリケーションのストレージの選択

（出典：Hyperstone）

フラッシュメモリストレージは、私たちの周りのほぼすべての電子機器に遍在するコンポーネントです。購入時に商品と見なされる場合があります。しかし、産業機器での使用が求められる現実とは程遠い。ユースケースの観点から全体像を知らなくても、すべてのメモリが同じであると考えて、ギガバイトあたりの価格に基づいて純粋に決定するという罠に陥りがちです。多くの設計エンジニアは、高品質のフラッシュメモリと低品質のフラッシュメモリを区別するのが難しいと感じるかもしれません。大容量の最近のフラッシュは、通常、信頼性の向上を意味するものではありません。

システムレベルでのもう1つの観察結果は、フラッシュメモリコントローラがメモリ自体を選択するのと同じくらい重要であるということです。コントローラーとフラッシュが一緒になって、システム品質を定義します。したがって、両方を全体として考慮する必要があります。この記事では、メモリサブシステム、SSD、またはUSBフラッシュドライブのすべての形式が同じように作成されているわけではない理由と、エンジニアが産業機器の設計の購入を決定する際に考慮する必要のある重要な要素のいくつかを調査します。

温度

家庭用電化製品の場合、動作温度はわずかに異なる場合があります。それでも、ほとんどの場合、たとえば、20°C未満の周囲温度でコンピュータを使用します。一般に家庭用電化製品の場合、許容温度範囲は通常、0°Cから40°Cまで、場合によっては60°Cまでです。ただし、産業領域内では、温度とその変化量はさらに極端になる可能性があります。引用されている工業用温度範囲は-40°Cから+ 85°Cです。

産業用アプリケーションで使用するように設計されたすべてのコンポーネントとモジュールは、拡張された動作温度範囲を満たしますが、記載されている温度は周囲環境のものであることを覚えておくことが重要です。内部的には、ジャンクションでは温度がはるかに高くなります。これらのデバイスを周囲温度、たとえば125°Cでテストすると、信頼性の信頼性が高まります。高い周囲温度の影響を軽減するために、エンジニアはより低い動作電力を持つコンポーネントを選択することを目指す必要があります。これにより、内部温度を低く保ち、システムレベルでプラスの影響を与えることができます。

フラッシュメモリとコントローラを設計されていない温度で使用しようとすると、どの段階でも潜在的な障害の懸念が生じます。失敗は、産業エンジニアに人気のある用語ではありません。本番環境の停止と再起動は、コストのかかる問題になる可能性があります。制御されていない方法で機器が突然故障すると、重大な損傷が発生し、修理に費用がかかり、さらにダウンタイムが発生する可能性があります。

小売店で32GB USBフラッシュドライブをたとえば10ドルで購入するのではなく、非常によく似た別のドライブを30ドルで購入する必要があるのはなぜかと疑問に思うかもしれません。この質問にさらに詳しく回答しますが、産業用アプリケーションでは、すべてのモジュールがより要求の厳しいユースケースを念頭に置いてテストされ、製品の高品質を長期間にわたって維持できることをすでに確認できます。

工業グレードの信頼性は設計製作から始まります 。

メモリシステムが工業用温度に耐えるように設計されていることを確認することは、おそらく、ハードウェアの基盤となる工業用品質から始まる長い設計プロセスの終わりです。たとえば、Hyperstoneのフラッシュメモリコントローラーは、すでに知的財産（IP）ブロックレベルにある産業用アプリケーション向けに設計されています。 IP設計アプローチは、信頼性とフェイルセーフの点で消費者向けデバイスよりもはるかに厳格です。

実績のあるテスト手法を適用して、IPのストレステストを行います。これにより、クロッキングやタイミングなどの重要な側面に関する安全マージンが設計に含まれるようになります。たとえば、電圧降下分析が適用され、産業品質の定義に貢献します。

温度が主要な考慮事項の1つである場合、ハードウェアのタイミングなどの要素が非常に重要です。チップがさまざまな温度で確実に動作することを保証するには、設計時と場合によってはチップ面積が必要です。長年の経験により、製品の機能と組み込みの信頼性が進化しました。新しいコントローラーにはそれぞれ、長年にわたって得られた業界のユースケースの知識とアプリケーション固有のサポートが組み込まれています。

ファームウェア開発はもう1つの重要な要素です。同じ産業の考え方でアプローチし、ハードウェア設計と並行して実行し、密接にリンクする必要があります。フラッシュコントローラーで使用されるファームウェアには、柔軟性の観点から将来性のあるものが含まれている必要があります。産業用システムは、通常、非常に要求の厳しい環境で、10年以上の一般的な動作寿命を持っています。ファームウェアが高度に構造化された方法で開発されることを保証する開発手法に従うことにより、検証中のコードカバレッジが向上します。これにより、実行するハードウェアと同じくらい信頼性の高い高品質のファームウェアが実現します。

最後に、テストは、困難な産業用途に準拠したシステムを提供するための基本的な部分です。温度サイクルに加えて、突然の停電のテストは、製品が意図したとおりに動作することを検証するための集中的なフレームワークの一部です。突然の電源障害テストは、電源の完全な喪失をシミュレートします。データの整合性を維持するには、システムの電源を入れ直したときに、データが失われていないことを確認する必要があります。たとえば、Hyperstoneでは、集中的な電源の入れ直しを通じて、各新製品とファームウェアをテストしています。

フラッシュメモリを使用する際のもう1つの重要な考慮事項は、動作温度に大きく依存するデータ保持です。データは時間の経過とともにフラッシュから失われ、周囲温度が高いほど、データの損失率が高くなります。損失は​​、機器がアクティブであるかどうかに関係なく発生します。これは、温度が重要な考慮事項であるもう1つの理由です。通常、フラッシュメモリのデータ保持特性は25°Cで見積もられています。産業環境では、機器が60°C程度になるのはかなり一般的であり、これはデータの保持に大きな影響を及ぼします。たとえば、メモリシステムの温度を室温から60°Cに上げると、データ保持率が20分の1に低下する可能性があります。これはかなりのことのように思えます。たくさんあります。データは、10年ではなく6か月後に失われる可能性があります。コントローラが管理するフラッシュ機能と更新機能を選択することで、データを保護できます。

長期的な製品サポートの確保

長期的な製品サポートを提供することに真剣に取り組んでいるサプライヤーはごくわずかです。選択したメモリおよびコントローラのサプライヤは、初期の設計コンセプトから実際の製品に至るまで、あらゆる段階であなたと一緒にいる必要があります。この最後の点は、消費者向け製品の耐用年数が2年または最大5年ではなく、10年または20年である可能性がある産業用アプリケーションに特に関係があります。たとえば、Hyperstoneの長寿への取り組みは、2003年に導入されたCFカードコントローラーを引き続きサポートすることで実証されています。

サプライヤは、アプリケーションの要件に最適な設計を行うために、できるだけ早く顧客と関わりを持つ必要があります。たとえば、Hypestoneでの最初の質問は、「ユースケースは何ですか？」です。 お客様と一緒に、ユースケーストラッカーなどのツールを使用して、アプリケーションがストレージメディアにアクセスしてストレスを与えている方法を正確に評価できます。アクセスパターン、書き込みと読み取りの速度、ファームウェアの最適化に必要なアクセス頻度などの特定のパラメータを決定し、適切な構成と容量を選択して、信頼性を最大化し、コストを最適化できます。

製品の耐用年数の後半で、コントローラーベンダーのみが分析できる問題が発生する可能性があります。コントローラとファームウェアアーキテクチャに統合されたデバッグインターフェイスとプロトコル機能は、Hyperstoneなどのベンダーが障害が発生した場合に分析するのに役立ちます。 99.9％のケースで、何が起こったのかを確認し、再発を防ぐための措置を講じることができます。民生用フラッシュコントローラーでそれを試してみてください！

結論

産業環境の厳しい要求を満たす必要があるフラッシュストレージメディアを検討する場合、エンジニアは、温度、産業レベルのテスト、生涯サポート、および長期的な可用性に特に注意を払う必要があります。構成をシステムのユースケースに合わせると、コストと頭痛の種を節約できます。そうしないと、アプリケーションに適合しない優れたソリューションになってしまう可能性があります