工业应用中闪存存储的选择要注意什么

闪存存储是我们周围几乎所有电子设备中无所不在的组件。购买时可能会被视为商品。然而，实际情况远非工业设备需要使用时的情况。在不了解用例的全貌的情况下，很容易陷入陷阱，认为所有内存都是一样的，并纯粹根据每 GB 的价格来决定。许多设计工程师可能会发现很难区分高质量和低质量的闪存。具有更高容量的较新闪存通常并不意味着更好的可靠性。

系统级别的另一个观察结果是，闪存控制器与选择内存本身一样重要。控制器和闪存共同定义了系统质量。因此，两者都需要作为一个整体来考虑。在本文中，我们将研究为什么并非所有形式的内存子系统、SSD 或 USB 闪存驱动器都是平等的，以及工程师在做出工业设备设计购买决定时需要考虑的一些关键因素。

温度

对于消费类电子产品，工作温度可能略有不同。尽管如此，在大多数情况下，我们还是会在环境温度低于 20°C 的环境中使用我们的计算机。对于一般消费电子产品，允许的温度范围通常为 0°C 至 40°C，有时甚至高达 60°C。然而，在工业领域内，温度及其变化量可能更为极端。引用的工业温度范围为 -40°C 至 +85°C。

虽然设计用于工业应用的所有组件和模块都将满足扩展的工作温度范围，但重要的是要记住，所述温度是针对周围环境的。在内部，在交界处，温度会高得多。在例如 125°C 的环境温度下测试这些设备，可以提高对其可靠性的信心。为了减轻高环境温度的影响，工程师应着眼于选择具有较低工作功率的组件。这将有助于保持内部温度较低，并对系统级产生积极影响。

尝试在非设计温度下使用闪存和控制器会在任何阶段引入潜在故障的担忧。失败在工业工程师中并不流行。停止生产并重新启动可能是一个代价高昂的事件。设备以不受控制的方式突然发生故障也可能导致严重的损坏，修复成本很高，并可能导致进一步的停机。

您可能会问，为什么不应该在零售店以 10 美元的价格购买 32 GB USB 闪存驱动器，而是以 30 美元的价格购买另一个看起来非常相似的 USB 闪存驱动器？我们将尝试更详细地回答这个问题，但您已经注意到，对于工业应用，每个模块都经过测试，考虑到更苛刻的用例，并确保产品在较长的使用寿命内始终保持高质量。

工业级可靠性始于设计制造

确保内存系统的设计能够承受工业温度，或许是漫长设计过程的终点，该过程始于硬件基础的工业品质。例如，在 Hyperstone，我们的闪存控制器专为知识产权 (IP) 块级别的工业应用而设计。在可靠性和故障安全方面，IP 设计方法比消费类设备严格得多。

应用经过验证的测试技术对 IP 进行压力测试。这确保了设计在时钟和时序等关键方面包括安全裕度。例如，应用了电压降分析，这有助于定义工业质量。

当温度是主要考虑因素之一时，硬件时序等因素非常重要。它需要设计时间和可能的芯片面积，以确保芯片在不同温度下可靠运行。多年的经验导致产品功能和内置可靠性的发展。每个新控制器都继续整合多年来获得的行业用例知识和特定于应用程序的支持。

固件开发是另一个关键要素。它需要以相同的工业思维方式进行处理，并与硬件设计并行运行，并与之密切相关。闪存控制器中使用的固件在灵活性方面必须包括面向未来的功能。工业系统的典型运行寿命为十年或更长时间，通常在非常苛刻的环境中。通过遵循确保以高度结构化的方式开发固件的开发技术，可以在验证期间实现更大的代码覆盖率。反过来，这会产生与运行它的硬件一样可靠的更高质量的固件。

最后，测试是交付符合挑战性工业用途的系统的基本部分。除了温度循环之外，对突然电源故障的测试也是验证产品是否按预期运行的密集框架的一部分。突然断电测试模拟完全断电。为了保持数据完整性，当系统重新启动时，您需要确保没有数据丢失。例如，在 Hyperstone，我们通过密集的电源循环测试每个新产品和固件。

使用闪存时另一个重要考虑因素是数据保留，这在很大程度上取决于工作温度。随着时间的推移，数据会从闪存中丢失，环境温度越高，数据丢失率越高。无论设备是否处于活动状态，损耗都会发生，这也是温度是一个重要考虑因素的另一个原因。闪速存储器的数据保留特性通常在25°C时引用。在工业环境中，设备经历60°C左右的温度是很常见的，这对数据保留有着深远的影响。例如，如果将内存系统的温度从室温提高到60°C，则数据保留率可能会降低20倍。听起来好像很多。这是很多。数据可能会在6个月后而不是10年后丢失。控制器管理的闪存和刷新功能的选择可以保护您的数据。

确保长期的产品支持

只有少数供应商真正不辜负提供长期的产品支持。您选择的内存和控制器供应商应该与您一路相伴，从最初的设计概念到实际产品。最后一点尤其适用于工业应用，其使用寿命可能是十年甚至二十年，而不是消费产品的两年或最长五年。例如，Hyperstone 对长寿的奉献体现在仍然支持 2003 年推出的 CF 卡控制器。

供应商需要尽早与客户接触，以便根据其应用程序的要求进行最佳设计。例如，在 Hypestone，我们的第一个问题可能是：“您的用例是什么？” 与客户一起，我们可以使用 Use Case Tracker 等工具来精确评估应用程序如何访问存储介质并对其施加压力。我们可以确定优化固件所需的特定参数，例如访问模式、写入和读取速度、访问频率，选择正确的配置和容量，从而最大限度地提高可靠性和优化成本。

在产品的使用寿命后期，可能会遇到只能由控制器供应商分析的问题。集成到控制器和固件架构中的调试接口和协议功能可帮助 Hyperstone 等供应商在发生故障时分析故障。在 99.9% 的情况下，我们可以看到发生了什么并采取措施防止它再次发生。尝试使用消费者闪存控制器来做到这一点！

结论

在考虑应满足工业环境严格要求的闪存介质时，工程师可能需要特别注意温度、工业测试水平、终身支持和长期可用性。将配置与系统的用例对齐可以节省资金和头痛。否则，您最终可能会得到一个不适合您的应用程序的出色解决方案