車載信息娛樂係統緊湊存儲-SSD
發布時間:2010-03-29
中心議題:
隨(sui)著(zhe)車(che)載(zai)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)進(jin)入(ru)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu),它(ta)的(de)存(cun)儲(chu)子(zi)係(xi)統(tong)正(zheng)起(qi)著(zhe)日(ri)益(yi)關(guan)鍵(jian)的(de)作(zuo)用(yong)。必(bi)須(xu)存(cun)儲(chu)並(bing)快(kuai)速(su)訪(fang)問(wen)音(yin)樂(le)與(yu)視(shi)頻(pin)文(wen)件(jian)。必(bi)須(xu)快(kuai)速(su)搜(sou)索(suo)並(bing)顯(xian)示(shi)3DGPS係統的大型地圖數據文件,並且需要合成與存儲語音識別用音頻文件。
目前使用的多數信息娛樂係統都依靠加固型硬驅來存儲數據。這些裝置一般提供40GB至50GB容量。作為一種穩固成熟的技術,硬驅提供了若幹有吸引力的優勢。按照每GB價格看,它們為設計者呈獻了一種合算的解決方案。在那些能克服硬驅固有的尋道與旋轉等待時間(例如,多數讀訪問都是順序式的)deyingyongzhong,yingqunengzaiduanshijianneishusongdaliangshuju。danzaimuqianriyifuzadechezaixinxiyulexitongzhong,zaicunchuzixitongdetiaoxuanfangmian,qitayinsuqizheriyizhongyaodezuoyong。
在許多應用中,硬驅上可用的龐大數據存儲空間幾乎沒有為車載信息娛樂係統設計者提供任何好處,這是因為多數係統僅需要4GB至8GB存儲器就足以滿足目前的多媒體應用了。而且,汽車業對可靠性的期望很高,對加固性的要求很苛刻,這導致它強烈偏愛一些對衝擊、振動、高溫和濕氣有很高承受力的存儲子係統。
緊湊的封裝
鑒於這些趨勢,新一代工業級小尺寸固態驅動器(SSD)為車載信息娛樂係統設計者提供了一種非常有吸引力的存儲選項。這些產品提供集成版或分立版。SST公司NANDrive產品線等等集成式NAND模塊把集成式ATA控製器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在單一封裝中。這些器件提供完整的IDE閃盤驅動器功能與兼容型,並采用緊湊的12mmx18mmx1.4mmBGA封裝。設計者隻須簡單地把BGA安裝在係統主板上。引導時,係統經由ATA或IDE接口把該器件視作係統驅動器。
作zuo為wei一yi種zhong完wan全quan基ji於yu矽gui且qie不bu含han任ren何he機ji械xie運yun動dong零ling件jian的de存cun儲chu解jie決jue方fang案an,這zhe些xie驅qu動dong器qi為wei設she計ji者zhe提ti供gong了le更geng好hao的de機ji會hui來lai滿man足zu汽qi車che業ye的de嚴yan格ge衝chong擊ji與yu振zhen動dong規gui範fan。從cong性xing能neng角jiao度du看kan,小xiao尺chi寸cunSSD不僅消除了磁盤存儲係統必須執行的尋道過程(平均需要13ms),而且提供了高達30Mbps的讀寫性能。當前這代NANDrive器件質量合乎工業溫度範圍的要求,並提供多達8GB存儲空間,未來可提供更高密度。
更小的尺寸
小尺寸SSD的(de)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao),性(xing)能(neng)高(gao)。過(guo)去(qu)十(shi)年(nian),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)向(xiang)汽(qi)車(che)中(zhong)引(yin)入(ru)了(le)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)子(zi)係(xi)統(tong),因(yin)此(ci)縮(suo)小(xiao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)尺(chi)寸(cun)成(cheng)了(le)一(yi)件(jian)日(ri)益(yi)優(you)先(xian)的(de)工(gong)作(zuo)。例(li)如(ru),目(mu)前(qian)的(de)普(pu)通(tong)汽(qi)車(che)集(ji)成(cheng)了(le)30至50個基於微控製器的係統。盡管硬驅製造商在縮小產品尺寸方麵不斷取得進展,但與替代產品相比,目前的驅動器仍需要大得多的空間。例如,標準尺寸40GB硬驅是70mmx100mmx9.5mm,而工業級版本NANDrive則是12mmx24mmx1.4mm。在減輕的重量方麵,僅重0.8g的NANDrive還不到硬驅重量的百分之一。
改善的數據完整性
數據完整性和延長的IC耐久性是最關鍵的存儲子係統考慮因素。如今的小尺寸SSD提供多種適合這些要求的特性。例如,為了補償使用NAND閃存時可能會出現的隨機讀誤差,SSD提供嵌入式誤差檢驗與校正(ECC)電路,旨在保證數據在進入和離開存儲器時的準確度。例如,NANDrive提供一種8位硬件ECC引擎。
壞塊管理(Bad-blockmanagement)帶來了另一個挑戰。與NOR閃存不同的是,NANDIC的設計允許若幹壞塊。為了管理這些缺陷,基於固件的壞塊管理功能在小尺寸SSD初(chu)始(shi)化(hua)時(shi)被(bei)激(ji)活(huo),確(que)定(ding)這(zhe)些(xie)壞(huai)塊(kuai)的(de)位(wei)置(zhi),並(bing)把(ba)它(ta)們(men)映(ying)射(she)到(dao)存(cun)儲(chu)陣(zhen)列(lie)之(zhi)外(wai)。固(gu)件(jian)然(ran)後(hou)指(zhi)揮(hui)控(kong)製(zhi)器(qi),不(bu)讓(rang)它(ta)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)指(zhi)定(ding)的(de)塊(kuai)。當(dang)發(fa)現(xian)額(e)外(wai)的(de)壞(huai)塊(kuai)時(shi),固(gu)件(jian)更(geng)新(xin)映(ying)射(she),來(lai)保(bao)證(zheng)這(zhe)些(xie)塊(kuai)不(bu)被(bei)使(shi)用(yong)。
MLC體係架構
寫操作耐久性構成了汽車市場中使用小尺寸SSD的另一個障礙。閃存IC會遭遇寫操作耐久性方麵的限製:在反複的擦除和寫周期之後,存儲器不再保留數據。IC體係結構越複雜,存儲單元尺寸越小,IC的耐久性就越低。
例如,單級單元(single-level-cell,SLC)閃存器件一般規定在100,000個周期。使用更複雜的多級單元(multi-levelcell,MLC)體係結構的器件,比如目前常用於便攜式消費設備中的器件,一般規定在10,000個周期。小尺寸SSD製造商已開始在麵向汽車市場的SSD中隻使用SLC閃存,以此減輕這一風險。
lingwai,tongguozaiqijiandegujianzhongcaiyongmosunjunhenggongneng,keyiyanchangnaijiuxing。mosunjunhengsuanfabanianlingjishuqiyushancunjiezhishangdeluojiyuwulishanquyingshetupipeiqilai,youciankuaihuoyelaigenzongcunchuqishiyongqingkuang。duiyumeicixiehecachudongzuo,nianlingjishuqidouhuidizeng。zhexiefuzadesuanfazhihuikongzhiqi,rangtabacunchuqixiedongzuozhuandaoshiyongliangjiaoxiaodekuai,youcizidongpinghengcunchuqishiyongliang。gaijishuliyongleshancundesuoyoushanqu,shitamentongshidadaoxiejixian,youcishiSSD耐久性最大化。
分立與集成式SSD
選擇了小尺寸SSD的汽車製造商還麵臨另一個抉擇。他們可以購買即插即用的集成式解決方案,或是構建自己的使用了ATA閃存控製器的分立器件。許多因素都會影響這一抉擇。
在分立解決方案中,汽車製造商或子係統供應商將從不同供應商購買控製器和NAND存儲IC,並把這些IC安an裝zhuang在zai板ban上shang。每mei個ge係xi統tong都dou依yi靠kao嵌qian入ru式shi閃shan存cun文wen件jian係xi統tong塊kuai來lai管guan理li主zhu機ji和he閃shan存cun之zhi間jian的de握wo手shou機ji製zhi。當dang閃shan存cun供gong貨huo緊jin張zhang時shi,該gai方fang法fa可ke以yi利li用yong更geng多duo供gong應ying商shang,因yin此ci更geng靈ling活huo。但dan是shi,它ta也ye帶dai來lai了le更geng複fu雜za的de庫ku存cun管guan理li難nan題ti。而er且qie,隨sui著zheNAND閃存技術的演變和供應商的增加,控製器與存儲器之間的兼容問題又成了另一個潛在問題。
集成式解決方案簡化了采購和設計流程,這是因為它把集成式ATA控製器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在一個多芯片封裝中,並且為驅動器中的存儲IC優(you)化(hua)了(le)控(kong)製(zhi)器(qi)。這(zhe)些(xie)即(ji)插(cha)即(ji)用(yong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)促(cu)成(cheng)了(le)從(cong)單(dan)一(yi)廠(chang)商(shang)采(cai)購(gou)的(de)做(zuo)法(fa),由(you)此(ci)簡(jian)化(hua)了(le)庫(ku)存(cun)管(guan)理(li)流(liu)程(cheng)。而(er)且(qie),它(ta)們(men)還(hai)能(neng)利(li)用(yong)堆(dui)疊(die)式(shi)封(feng)裝(zhuang)方(fang)法(fa),來(lai)顯(xian)著(zhu)節(jie)省(sheng)空(kong)間(jian)。
使用多個廠商IC的分立解決方案占據的空間可能是集成式小尺寸SSD的兩倍。由於集成式解決方案裝在單一封裝中,因此它們還在可靠性方麵提供了優勢。由於板上隻有一塊芯片,因此集成式SSD的失效點比分立解決方案更少,並且可以更好地滿足汽車環境的衝擊與振動要求。就NANDrive而言,整個係列都在-40℃至+85℃工業溫度範圍內得到了廣泛測試和質量認證。
- 車載信息娛樂係統對緊湊存儲的需求
- 現階段各種存貯媒介的對比
- 緊湊的封裝SSD
- 采用MLC體係架構
隨(sui)著(zhe)車(che)載(zai)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)進(jin)入(ru)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu),它(ta)的(de)存(cun)儲(chu)子(zi)係(xi)統(tong)正(zheng)起(qi)著(zhe)日(ri)益(yi)關(guan)鍵(jian)的(de)作(zuo)用(yong)。必(bi)須(xu)存(cun)儲(chu)並(bing)快(kuai)速(su)訪(fang)問(wen)音(yin)樂(le)與(yu)視(shi)頻(pin)文(wen)件(jian)。必(bi)須(xu)快(kuai)速(su)搜(sou)索(suo)並(bing)顯(xian)示(shi)3DGPS係統的大型地圖數據文件,並且需要合成與存儲語音識別用音頻文件。
目前使用的多數信息娛樂係統都依靠加固型硬驅來存儲數據。這些裝置一般提供40GB至50GB容量。作為一種穩固成熟的技術,硬驅提供了若幹有吸引力的優勢。按照每GB價格看,它們為設計者呈獻了一種合算的解決方案。在那些能克服硬驅固有的尋道與旋轉等待時間(例如,多數讀訪問都是順序式的)deyingyongzhong,yingqunengzaiduanshijianneishusongdaliangshuju。danzaimuqianriyifuzadechezaixinxiyulexitongzhong,zaicunchuzixitongdetiaoxuanfangmian,qitayinsuqizheriyizhongyaodezuoyong。
在許多應用中,硬驅上可用的龐大數據存儲空間幾乎沒有為車載信息娛樂係統設計者提供任何好處,這是因為多數係統僅需要4GB至8GB存儲器就足以滿足目前的多媒體應用了。而且,汽車業對可靠性的期望很高,對加固性的要求很苛刻,這導致它強烈偏愛一些對衝擊、振動、高溫和濕氣有很高承受力的存儲子係統。
緊湊的封裝
鑒於這些趨勢,新一代工業級小尺寸固態驅動器(SSD)為車載信息娛樂係統設計者提供了一種非常有吸引力的存儲選項。這些產品提供集成版或分立版。SST公司NANDrive產品線等等集成式NAND模塊把集成式ATA控製器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在單一封裝中。這些器件提供完整的IDE閃盤驅動器功能與兼容型,並采用緊湊的12mmx18mmx1.4mmBGA封裝。設計者隻須簡單地把BGA安裝在係統主板上。引導時,係統經由ATA或IDE接口把該器件視作係統驅動器。
作zuo為wei一yi種zhong完wan全quan基ji於yu矽gui且qie不bu含han任ren何he機ji械xie運yun動dong零ling件jian的de存cun儲chu解jie決jue方fang案an,這zhe些xie驅qu動dong器qi為wei設she計ji者zhe提ti供gong了le更geng好hao的de機ji會hui來lai滿man足zu汽qi車che業ye的de嚴yan格ge衝chong擊ji與yu振zhen動dong規gui範fan。從cong性xing能neng角jiao度du看kan,小xiao尺chi寸cunSSD不僅消除了磁盤存儲係統必須執行的尋道過程(平均需要13ms),而且提供了高達30Mbps的讀寫性能。當前這代NANDrive器件質量合乎工業溫度範圍的要求,並提供多達8GB存儲空間,未來可提供更高密度。
更小的尺寸
小尺寸SSD的(de)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao),性(xing)能(neng)高(gao)。過(guo)去(qu)十(shi)年(nian),汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)向(xiang)汽(qi)車(che)中(zhong)引(yin)入(ru)了(le)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)子(zi)係(xi)統(tong),因(yin)此(ci)縮(suo)小(xiao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)尺(chi)寸(cun)成(cheng)了(le)一(yi)件(jian)日(ri)益(yi)優(you)先(xian)的(de)工(gong)作(zuo)。例(li)如(ru),目(mu)前(qian)的(de)普(pu)通(tong)汽(qi)車(che)集(ji)成(cheng)了(le)30至50個基於微控製器的係統。盡管硬驅製造商在縮小產品尺寸方麵不斷取得進展,但與替代產品相比,目前的驅動器仍需要大得多的空間。例如,標準尺寸40GB硬驅是70mmx100mmx9.5mm,而工業級版本NANDrive則是12mmx24mmx1.4mm。在減輕的重量方麵,僅重0.8g的NANDrive還不到硬驅重量的百分之一。
改善的數據完整性
數據完整性和延長的IC耐久性是最關鍵的存儲子係統考慮因素。如今的小尺寸SSD提供多種適合這些要求的特性。例如,為了補償使用NAND閃存時可能會出現的隨機讀誤差,SSD提供嵌入式誤差檢驗與校正(ECC)電路,旨在保證數據在進入和離開存儲器時的準確度。例如,NANDrive提供一種8位硬件ECC引擎。
壞塊管理(Bad-blockmanagement)帶來了另一個挑戰。與NOR閃存不同的是,NANDIC的設計允許若幹壞塊。為了管理這些缺陷,基於固件的壞塊管理功能在小尺寸SSD初(chu)始(shi)化(hua)時(shi)被(bei)激(ji)活(huo),確(que)定(ding)這(zhe)些(xie)壞(huai)塊(kuai)的(de)位(wei)置(zhi),並(bing)把(ba)它(ta)們(men)映(ying)射(she)到(dao)存(cun)儲(chu)陣(zhen)列(lie)之(zhi)外(wai)。固(gu)件(jian)然(ran)後(hou)指(zhi)揮(hui)控(kong)製(zhi)器(qi),不(bu)讓(rang)它(ta)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)指(zhi)定(ding)的(de)塊(kuai)。當(dang)發(fa)現(xian)額(e)外(wai)的(de)壞(huai)塊(kuai)時(shi),固(gu)件(jian)更(geng)新(xin)映(ying)射(she),來(lai)保(bao)證(zheng)這(zhe)些(xie)塊(kuai)不(bu)被(bei)使(shi)用(yong)。
MLC體係架構
寫操作耐久性構成了汽車市場中使用小尺寸SSD的另一個障礙。閃存IC會遭遇寫操作耐久性方麵的限製:在反複的擦除和寫周期之後,存儲器不再保留數據。IC體係結構越複雜,存儲單元尺寸越小,IC的耐久性就越低。
例如,單級單元(single-level-cell,SLC)閃存器件一般規定在100,000個周期。使用更複雜的多級單元(multi-levelcell,MLC)體係結構的器件,比如目前常用於便攜式消費設備中的器件,一般規定在10,000個周期。小尺寸SSD製造商已開始在麵向汽車市場的SSD中隻使用SLC閃存,以此減輕這一風險。
lingwai,tongguozaiqijiandegujianzhongcaiyongmosunjunhenggongneng,keyiyanchangnaijiuxing。mosunjunhengsuanfabanianlingjishuqiyushancunjiezhishangdeluojiyuwulishanquyingshetupipeiqilai,youciankuaihuoyelaigenzongcunchuqishiyongqingkuang。duiyumeicixiehecachudongzuo,nianlingjishuqidouhuidizeng。zhexiefuzadesuanfazhihuikongzhiqi,rangtabacunchuqixiedongzuozhuandaoshiyongliangjiaoxiaodekuai,youcizidongpinghengcunchuqishiyongliang。gaijishuliyongleshancundesuoyoushanqu,shitamentongshidadaoxiejixian,youcishiSSD耐久性最大化。
分立與集成式SSD
選擇了小尺寸SSD的汽車製造商還麵臨另一個抉擇。他們可以購買即插即用的集成式解決方案,或是構建自己的使用了ATA閃存控製器的分立器件。許多因素都會影響這一抉擇。
在分立解決方案中,汽車製造商或子係統供應商將從不同供應商購買控製器和NAND存儲IC,並把這些IC安an裝zhuang在zai板ban上shang。每mei個ge係xi統tong都dou依yi靠kao嵌qian入ru式shi閃shan存cun文wen件jian係xi統tong塊kuai來lai管guan理li主zhu機ji和he閃shan存cun之zhi間jian的de握wo手shou機ji製zhi。當dang閃shan存cun供gong貨huo緊jin張zhang時shi,該gai方fang法fa可ke以yi利li用yong更geng多duo供gong應ying商shang,因yin此ci更geng靈ling活huo。但dan是shi,它ta也ye帶dai來lai了le更geng複fu雜za的de庫ku存cun管guan理li難nan題ti。而er且qie,隨sui著zheNAND閃存技術的演變和供應商的增加,控製器與存儲器之間的兼容問題又成了另一個潛在問題。
集成式解決方案簡化了采購和設計流程,這是因為它把集成式ATA控製器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在一個多芯片封裝中,並且為驅動器中的存儲IC優(you)化(hua)了(le)控(kong)製(zhi)器(qi)。這(zhe)些(xie)即(ji)插(cha)即(ji)用(yong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)促(cu)成(cheng)了(le)從(cong)單(dan)一(yi)廠(chang)商(shang)采(cai)購(gou)的(de)做(zuo)法(fa),由(you)此(ci)簡(jian)化(hua)了(le)庫(ku)存(cun)管(guan)理(li)流(liu)程(cheng)。而(er)且(qie),它(ta)們(men)還(hai)能(neng)利(li)用(yong)堆(dui)疊(die)式(shi)封(feng)裝(zhuang)方(fang)法(fa),來(lai)顯(xian)著(zhu)節(jie)省(sheng)空(kong)間(jian)。
使用多個廠商IC的分立解決方案占據的空間可能是集成式小尺寸SSD的兩倍。由於集成式解決方案裝在單一封裝中,因此它們還在可靠性方麵提供了優勢。由於板上隻有一塊芯片,因此集成式SSD的失效點比分立解決方案更少,並且可以更好地滿足汽車環境的衝擊與振動要求。就NANDrive而言,整個係列都在-40℃至+85℃工業溫度範圍內得到了廣泛測試和質量認證。
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