工業用メモリー余聞 ラボからの報告

<h1>工業用メモリー余聞</h1>

22

フライトレコーダフライトデータレコーダーは航空安全の重要な要素です。事故後にフライトデータレコーダーから収集した情報により、航空の専門家は事故の原因を洞察し、事故が二度と発生しないようにすることができます。航空災害後のフライトレコーダーからのデータを使用して、航空業界は航空会社の設計と飛行技術に多くの変更を加え、空の旅の安全性を継続的に向上させました。


フライトレコーダーは、データの整合性を損なうことなく、極限状態に耐えなければなりません。以前は、フライトデータレコーダーはメモリにハードディスクドライブを使用していたため、事故後のレコーダーの実行可能性が疑わしくなりました。今日、業界では産業用フラッシュストレージが採用されており、フライトデータレコーダーが最も過酷な運用条件でも、保存する貴重な情報を確実に保持できるようになっています。フライトデータレコーダーでの産業用フラッシュストレージの使用について知っておくべきことを次に示します。

フライトデータレコーダーとは何ですか?

フライトデータレコーダーは、パイロットと航空管制の間の会話、および飛行機のさまざまなコンポーネントの動作に関するデータを記録するシステムです。それらは、黒くなく、箱のような形ではありませんが、一般人の言葉では「ブラックボックス」と呼ばれることがあります。実際、ほとんどの飛行データレコーダーはシリンダーのように見え、クラッシュの残骸から簡単に見つけられるように明るい色で塗装されています。

フライトデータレコーダーには、コックピットボイスレコーダー(CVR)、フライトデータレコーダー(FDR)、クイックアクセスレコーダー(QAR)の3つの部分があります。フライトデータレコーダーの1つのコンポーネントは実際にはフライトデータレコーダーと呼ばれますが、通常、フライトデータレコーダーについて説明するとき、3つのコンポーネントを一緒に参照します。

フライトデータレコーダーはどのように機能しますか?

フライトデータレコーダーのCVRシステムは、2時間の会話をコックピットに保存し、古いデータを新しいデータで上書きし続けます。これは、以前の会話がクラッシュの原因を特定するのに役立つ可能性が低いためです。

FDRは、過去24時間の飛行パラメータを記録します。これにより、捜査官は、事故に至るまでのフライトで発生した誤動作を、問題なく終了した場合でも特定できます。このイベントのログは、事故の原因となった可能性がある以前のフライトの問題を強調しています。

QARは、飛行中に2,000以上の飛行パラメータを記録します。これには、メインキャビン温度など、フライトの安全性に影響を与える可能性が低いものが含まれます。一般に、QARデータは航空事故調査では使用されません。代わりに、この情報は航空会社によってアクセスされ、飛行機がまだ使用されているときに飛行機のメンテナンスに関する決定を行います。

フライトデータレコーダーには、コックピットボイスレコーダー(CVR)、フライトデータレコーダー(FDR)、クイックアクセスレコーダー(QAR)の3つの部分があります。フライトデータレコーダーの1つのコンポーネントは実際にはフライトデータレコーダーと呼ばれますが、通常、フライトデータレコーダーについて説明するとき、3つのコンポーネントを一緒に参照します。

>b>フライトデータレコーダーで工業用フラッシュストレージを使用することが重要なのはなぜですか?

これまで、フライトデータレコーダーは、ストレージ用にハードディスクドライブ(HDD)を備えていました。 HDDは大量のデータを保存できますが、この種の使用には欠点があります。 HDDは、磁気テープ付きのメカニカルディスクを中心に構築されます。データを記録するには、ディスクが回転している必要があります。ただし、このタイプのシステムは、特に衝撃や振動が大量に発生する環境では、誤動作しがちです。もちろん、飛行機の墜落は激しいレベルの衝撃をもたらし、HDDはデータ損失に対して非常に脆弱なままになります。データ損失が発生した場合、事故調査員は、事故の原因を特定し、業界の慣行に必要な変更を加えて、同様のイベントが今後発生しないようにするために必要な情報にアクセスできなくなります。

今日、フライトデータレコーダーに産業用フラッシュストレージが見られるのは一般的です。この種のメモリには可動部分がないため、HDDストレージよりもはるかに安定しています。これは、すべてのフラッシュメモリに当てはまります。ただし、航空グレードのフラッシュストレージとして使用するために設計された産業グレードのフラッシュメモリに関しては、フライトデータレコーダーにも他の利点があります。

1つは、産業用フラッシュストレージが極端な温度に耐えられることです。フライトデータの記録に使用される産業用ストレージのベンチマークは、機能を失うことなく30分間の直火への暴露に耐えることができるはずです。専門家は、この時間枠は火事がそれ自体を抑えるのにかかる時間であると推定しています。産業用フラッシュストレージはこの要件を満たすことができます。

データレコーダーのフラッシュストレージは、3,400Gの加速力に6分30分耐え、水深20,000フィートの水に30日間浸ける必要があります。この場合も、産業用フラッシュメモリはこれらの厳しい基準を満たし、保存された情報を安全に保つことができるため、航空の安全性を向上させるために使用できます。



2019年9月に発売されたデルキンデバイスのJUGGLER™USB 3.1 Gen 2 Type-Cポータブルシネマソリッドステートドライブは、Blackmagic Designがポケットシネマカメラ4Kおよび6Kで動作することを認定したUSB-C SSDの1つです。 JUGGLER™は、第3世代PCI Express(PCIe 3.0)インターフェースを採用、最大1000MB/sの高速書込み速度を実現して、フレーム落ちや録画中断が起きないようにします。このドライブは、ハイエンドシネマカメラ(BMPCC4K、BMPCC6K、Sigma fpなど)での完璧なビデオキャプチャ用に特別に設計されていますが、ビデオ撮影以外のユーザーにもメリットがあります。

迅速かつ効率的なファイル保存


データを集中的に使用するビデオを撮影しなくても、特にオフサイトまたは旅行中の場合、JUGGLER™は優れたストレージオプションであることに変わりありません。 1TBの大容量ストレージは、数千以内に数千枚のRAW写真を最大1000MB/sの速度でバックアップできます。これは、メモリカードから大量のデータをすばやくオフロードして、撮影に戻る必要がある結婚式やイベントの写真家に最適です。また、PCにギガバイトのデータを保存する必要がなくなるため、結果としてコンピューターの速度低下を防ぐことができます。

スムーズなオンザゴー編集


Adobe LightroomでもPhotoshopでも、JUGGLER™は最大1050MB/sの読み取り速度により、編集時にスムーズなパフォーマンスを保証されます。標準のハードドライブと比較して、ソリッドステートドライブは少なくとも4倍高速で、重いワークロードを処理するようにこうちく構成されています。大量のRAWデータを一括編集する場合、個々のファイルは50MBを超える可能性があるため、高速メディアは特に重要です。

プラグ&プレイ


取り外し可能なUSB-Cケーブルを使用して設計されたJUGGLER™は、ラップトップまたはデスクトップコンピューターに直接接続して、すぐにファイルにアクセスできます。追加の電源ケーブルやドライバーのインストールは不要です。作業が終わったら、次の使用のためにプラグを抜いて保管するだけです。

コンパクトで旅行に優しいデザイン


長さがわずか10cm、重さが100グラム以下のJUGGLER™は、携帯性に優れており、どこへ行っても持ち運びできます。

デジタルサイネージライフサイクル管理フラッシュテクノロジーは、より低コストでより大容量ストレージを求めています。 常に可能な限り最高のストレージを必要としているアプリケーションおよびエンジニアにとってのその答えはTLC NANDフラッシュでした。 現在、そのTLCフラッシュはすぐにQLCフラッシュに置き換えられています。 QLCフラッシュは低コストで大容量ストレージを提供しますが、欠点もあります。  QLCフラッシュとはどのようなものでしょうか?そして、それはあなたのデバイスにとって正しい選択でしょうか? 



QLCフラッシュの基本

QLCはクアッドレベルセルの略です。この種のフラッシュメモリでは、セルごとに4ビットのデータが保存されます。これは、使用可能なフラッシュストレージの最大容量です。フラッシュの他の形式には、SLC、またはセルごとに1ビットのデータが保存されるシングルレベルセル、フラッシュメモリ、2ビットのデータが各セルに保存されるマルチレベルセル(MLC)フラッシュ、およびTLCが含まれます—トリプルレベルセル—フラッシュ。3ビットのデータが各セルに保存されます。



 古くなったHDDの運用で苦慮している企業であれば、QLC方式のNAND型フラッシュメモリへの移行は、相当のアップグレードになるだろう。NAND型フラッシュメモリはHDDと比べて消費電力が少なく、データの読み書きが高速で、ハードウェアの更新にかかるコストを削減できるというメリットが得られるでしょう。



QLC Flashの長所と短所

容量の増加は、QLC NANDフラッシュメモリを使用する明確な利点です。それだけで一部のデバイスに適したものになりますが、すべての人にとって正しい選択ではありません。セルごとに4ビットのデータを保存することには、いくつかの欠点があります。



1つの欠点は、セルごとに格納されるデータが多いほど、データ損失につながるエラーが発生する可能性が高くなることです。このタイプのストレージデバイスの寿命は、他の形式のフラッシュよりもはるかに短くなります。産業用アプリケーションでは、これらの理由からQLCフラッシュは一般的に理想的な選択肢ではありません。ただし、容量が最大の問題であるデバイス(特に読み取りが多いアプリケーション)の場合、QLCフラッシュが適しています。

SMART機能
フラッシュデータストレージデバイスがどれほど頑丈で堅牢であっても、最終的には故障します。予想される障害が発生するまでの時間は、使用温度や保管温度、データがプログラムおよび消去される頻度など、多くの要因に依存します。アプリケーションに非常に頑丈なフラッシュドライブを選択した場合でも、障害の発生時期を予測し、障害が発生する前にドライブまたはカードを交換できるように、適切な障害分析を実施することが重要です。

不良解析の潜在的な結果

適切な障害分析を行わないと、SSDやその他のフラッシュストレージデバイスが予期せずに失敗する可能性があります。これは、ユーザーに深刻な結果をもたらす可能性があります。たとえば、運輸業界では、ミッションクリティカルなデータの予期しない障害により、ドライバーが事故を防ぐために依存する安全機能が損なわれる可能性があります。

 

製造の自動化では、予期しないデータデバイスの障害が機械の誤動作を引き起こし、コストのかかる破壊的な生産停止につながる可能性があります。ゲーム業界でも同様の問題が見られます。コンソール障害に対する顧客の不満は、デバイスを提供している会社にあまり反映されていない可能性があります。解決策は、フラッシュストレージデバイスでSMART機能を使用することにより、障害分析を改善することです。

SMARTの定義

SMARTはSelf-Monitoring、Analysis、およびReporting Technologyの略です。基本的に、この機能は自己診断機能を実行します。これは、プラットフォームの基本入出力システム(BIOS)で有効にできる自動化された機能です。 SMART機能はバックグラウンドで実行され、データを収集して潜在的な問題を検出します。次に、その情報をBIOSに送信します。 BIOSは、ストレージデバイスが差し迫った障害の危険にさらされていると判断した場合、ユーザーに警告メッセージを送信します。

SMARTのカスタマイズオプション

SMART機能の特定のコンポーネントは、エンジニアやOEMのニーズに合わせてカスタマイズできます。たとえば、特定のプロジェクトが予想される障害のかなり前にデバイス障害の警告を必要とする場合、パラメーターを調整して、障害の発生が予想される時間よりはるかに前にドライブまたはカードを交換できるようにすることができます。

 

Delkinは、SMART機能を幅広いフラッシュストレージデバイスに組み込んでいます。これらには、プロジェクトエンジニアまたはOEMの正確な仕様に合わせてカスタマイズ可能なSSDおよびCompactFlash(CF)カードが含まれます。デルキンのカスタマーアプリケーションチームに連絡して、アプリケーションに適したフラッシュデータストレージデバイスの選択について話し合ってください。

最近のNANDの動向(そしてなぜ信頼性が重要か)1987年は技術者にとってエキサイティングなものでした。 これは、サンフランシスコのIEEE International Electron Devices MeetingでデビューしたNANDフラッシュの導入を意味しています。 その時以来、組込み設計とNANDのトレンドの革新が始まりました。 すべての開発者の望みのトップ項目の1つは、価格の下落傾向を維持しながらストレージ容量を増やすことでした。 これは、能力と手頃な価格という響きの良い名目により信頼性が危ぶまれているのではないかという疑問を抱かせます。


進化するデータストレージ:SLCからMLCへ

まず、データストレージ機能の著しい進歩を見てみましょう。開発された第1のタイプの不揮発性フラッシュメモリセルは、シングルレベルセル(SLC)でした。  SLCフラッシュはセルごとに1ビットを格納します。 SLCは、1または0の2つの電圧レベルのうちの1つを有することができます。 その後、マルチレベルセル(MLC)が開発されました。 各MLCメモリセルは2ビットを格納することができ、00,01,10、および11のさまざまな値がサポートされています。 革新的なMLCデザインのおかげで、データストレージ容量は急速に増加しました。


データストレージゲームの変更:SLCとMLCからTLCへ

より多くのデータをより少ないスペースに絞るための継続的な欲求を満たすものとして、TLC、または3レベルセル(時にはトリプルレベルセル、MLC-3、3ビットMLCと呼ばれることもある) が登場しました。 ご想像のとおり、TLCはセルあたり3ビットを格納できます。 この複雑なセルアーキテクチャは、3ビットのデータを格納および検索するために8つの異なる状態をサポートします。 これを元のSLCアーキテクチャと比較してください。 これは2つの状態のみをサポートしています。高レベルのデータ記憶容量と低価格のポイントにより、3レベルセル技術は、USBドライブ、携帯電話、デジタルカメラなど、多くのアプリケーションで活用されています。

信頼性を考慮したSLC、MLC、TLCの比較

MLCとTLCの両方が複数の業界で貴重な貢献をしていることは間違いありません。 NANDアーキテクチャは進化し続け、小さなパッケージでより大きな容量を提供する可能性があります。 しかし、MLCとTLCは、信頼性がまだ容量の可能性に追いついていないため、必ずしもすべてのデータストレージニーズに最適な選択ではないかもしれません。 ブロックあたりの消去サイクル数は、ストレージデバイスの信頼性を示す重要な指標です。  TLC NANDは1ブロックあたり300回の消去サイクルしか持たない可能性があります。  MLC NANDは、一般的には、ブロック当たり約3000回の消去サイクルを保持しています。 消去サイクル数で見れば、1ブロックあたり約50,000〜70,000の消去サイクルを持つSLCが当然の勝者となります。


シリコントレースの幅の評価

もちろん、1ブロックあたりの消去サイクル数だけが考慮すべき要因ではありません。 シリコンのトレース幅も変化しています。  SLCは43nmで安定していますが、MLCのトレース幅はますます小さくなっています。 従来の約19〜20nmから、MLCの幅は約15〜16nmに縮小してきました。 その結果、プログラムディスターブエラーとリードディスターブエラーの両方が起こる可能性が高まりました。 これは、より多くのメモリがシリコン上に組み込まれることを意味しますが、一方で信頼性を犠牲にしています。

製造業が直面する一般的な問題点は、製品の信頼性と高価な産業グレード製品採用による価格上昇のバランスをとることのむずかしさです。 工業グレードのSD SLCフラッシュメモリカードは、価格が200ドル以下のアプリケーションでは採用の正当化のために、価格マージンを上回ることがよくあります。 これは、アプリケーションが一定のP / Eサイクルを必要とする場合に、コンシューマーグレードのフラッシュストレージ製品を使用することによって起こりうる可能性のある障害をOEMが受け入れる必要があることを意味しますか? ここでは、1つの顧客の経験を見ています。



カスタマーストーリー

この顧客は、SDカードが壊れたため、毎年約1回の障害が発生すると予想していました。 彼らはこれが最高のものだと考えました。 結局のところ、彼らはMLCカードを使用していました。 TBWを日常的に超え、1日24時間カードに書きました。彼らはまた、砂漠や熱帯地方を含む過酷な気温の環境でもホストを持っていたため、カードがさらに早く消耗してしまいました。 何年もの間、顧客は失敗したカードを単に取り出し、新しいカードと交換しました。フラッシュ耐久性に関するデルキンのホワイトペーパーを見た後、彼らは別の方法があるかどうか疑問に思いました。



デルキンでの原因解析

デルキンのチームは、環境、アプリケーションソフトウェア、およびOSについてお客様に質問をした後、顧客が過度にレンガカードを作成していることに気付きました。 通常、顧客はP / Eサイクルを超え、スペアブロックを消費していました。 カードが使用されていた方法では失敗は避けられず、MLCカードを引き続き使用する必要がありました。 失敗は起こるだろうが、顧客がそれらを管理する方法は、デルキンの簡単な解決策で変更することができました。



デルキンおすすめ商品

顧客は、失敗が起こらないようにする必要はありませんでした。代わりに、カード障害がいつ起こるのかを予測する必要がありました。 Delkinは、お客様がDelkinのSMARTコマンドを使用することを推奨しました。 Delkin SMARTダッシュボードとライブラリを使用することで、顧客はカードに残っている推定寿命、ブロックの残量、消去サイクルの回数を定期的に取得できます。この情報は、実際に故障する前に障害段階に近づいていたカードを顧客が識別できるようにするため、現場で誤動作することなく交換することができます。これにより、フラッシュメモリへの支出を変更する必要なく、顧客の問題が解決されます。



学んだ教訓

問題を解決する方法は複数あります。 DelkinとOEMは協力して、顧客の価格マージンに合った価格で必要な目標を達成するカスタマイズされたフラッシュストレージソリューションを提案することができます。解決策を思い付くサプライヤーと協力して解決できないように思われる問題を解決することができます。
アプリケーションのメモリを選択する場合、エンジニアが重視する要件の一つが予想される読み書き操作の回数です。 アプリケーションによっては、書き込みサイクルが非常に少ない場合があります。  例えば、ゲームでは、通常、メモリカードにソフトウェアをロードするだけでよく、エンドユーザがゲームをプレイするときには、読み出し操作のみが必要となります。 書き込み操作がないことは記憶装置への性能要求が少ないことを意味しますが、それでもリードディスターブエラーは依然として付いて回ります。  それ故に、エンジニアは、これらのリードディスターブエラー問題の可能性を減らすように最適化されたメモリソリューションを選択する必要があるのです。



リードディスターブエラーの原因

NANDフラッシュメモリ内では、一般にリードディスターブエラーは2つの理由で起こります。  1つは、読み出し動作中に起こるバイアス条件です。  NANDメモリ内のセルは、多入力NANDゲートに類似したラインで一緒につながれています。 読み出し動作が開始されると、適切なワード線が読み出し閾値電圧にバイアスされる。読み出し動作に関与しないワード線は同時に高電圧にバイアスされる。これにより、完全に導通するNANDストリングを作成することによって、選択されたセルの状態をセンスアンプに移動させることができます。バイアスの副作用は、非選択ワード線のプログラミングである。その同じ読み出しサイクルが繰り返し実行されると、ワード線のプログラミングが増加し、最終的に検知エラーを引き起こす。



リードディスターブエラーのもう一つの原因は、クロスカップリングノイズです。 クロスカップリングノイズは近くのセルで発生し、メモリデバイスの使用が増加するにつれて悪化します。 また、クロスカップリングノイズによる誤差も高温で増加します。 温度が上昇すると、メモリセルへの電荷およびメモリセルからの電荷も増加します。



読み取り障害のリスクを低減する

リードディスターブエラーには2つの主な原因があるのと同様に、それらを低減するためにメモリデバイスに統合できる2つのソリューションがあります。 デバイスには、特定の動作しきい値が満たされるたびに重要なデータの再書き込みをトリガするECCエラー検出機能が組み込まれています。


Readウェアレベリングは、リードディスターブエラーに対抗できるもう1つのツールです。 読み出しウェアレベリングは、セルのブロックごとの読み出しディスターブエラーを追跡します。 カウントが所定の数に達すると、データブロック全体が別のブロックに書き換えられ、読み取り障害エラーの影響を受けたブロックが完全にリフレッシュされます。

電源喪失時のフラッシュストレージ案外忘れてしまっている方がいらっしゃるかもしれませんが、フラッシュメモリーは「RAM」ではありません。 そのフラッシュメモリーが使われているSSDは従来の「RAM」とは異なるデバイスのため、技術者は停電時におけるデータ損失や破損に関してFlashがどのように動作するかについてよくご質問をいただきます。 しかしながら詰まるところ、輸送、航空宇宙、医療機器などの重要なアプリケーションでは、データの消失などはあってはならないことなのです。  幸いにも、産業グレードのフラッシュストレージは、厳しい動作環境にも問題なく対応しており、また電源障害が発生しても必要な信頼性を確保することが出来ています。

技術者が知っておくべきことは以下の通りです。

 

Flashに関するほとんどの質問には、MLCフラッシュカードによる遡及的なデータ破損が含まれます。

 

停電時には、MLCチップへのプログラムによる書き込動作中にデータ破壊が発生する可能性があります。

MLCのメモリセルはそれぞれ2ビット以上のデータを含んでおり、データの各ビットは異なるNANDページの一部を構成しており、MLCのメモリセルの1ビットの動作中に停電が発生した場合、そのセルの第1ビットがすでに正常に操作を完了していたとしても、第2ビットの動作中の電力の損失は、第1ビットの著しい遡及的な破損をもたらし、破損率は25%に達する可能性があります。

 

データの破損は、停電が頻繁に発生する場合にも発生する可能性があります。 プログラム操作が繰り返し中断された場合、これらのプログラムによりデータの劣化が起きる可能性が高くなります。 長期間にわたるデータ破損の問題は、プログラムがエラーなしで電力損失から一見生き残った後でも発生する可能性があります。

 

産業グレードのフラッシュメモリカードは、より安定しています。

 

Flashストレージにおける停電の影響に関する多くの研究では、ほとんどのアプリケーションが直面する可能性がある事象よりも頻繁かつ長時間の停電を想定してシミュレートしていることに注意してください。 電力、運送および医療などのなどの分野ではエラーの余地はありません。  エラーが許されない重要なアプリケーション向けのソリューションは、産業グレードのフラッシュストレージである必要があります。

 

産業グレードのフラッシュストレージデバイスは、各セルに1ビットのデータを格納するSLCチップを使用します。 これにより、稼動中に停電が発生した場合に、破損のリスクが軽減されます。 産業用ソリューションは、低消費電力を許容し、書き込み中にパワーダウンが発生した場合にデータ損失からの保護機能を内蔵しています。 重要なアプリケーションを混乱から守るための産業グレードのFlash機能は、多くの分野で標準となっています。

産業用microSD FAQ OEMや組込みコンピューティング設計者は、予算に見合った形での製品の信頼性の必要項目を見出していくことが常に求められています。 DelkinのユーティリティmicroSDのような言わば中堅と位置付けられるソリューションは、商用製品の手頃な価格と、工業グレードのmicroSDカードの信頼性を併せ持っています。

 

なぜ、フルサイズのSDカードではなく、microSDを選択するのですか?

 

小型化、薄型化が進んでいるエレクトロニクス機器において、小型で強力なストレージソリューションの必要性が高まっています。  OEM分野では、マイクロサイズのストレージに対する需要が、他のすべてのタイプのメモリカードの需要を上回っています。 microSDカードは、当初は小型のモバイルエレクトロニクスでのみ使用されていましたが、信頼性、簡単な統合、低消費電力、小型のおかげで、多数のデバイスやアプリケーションで指数関数的に使用されています。

 

産業用microSDカードに要求される技術仕様に適した製品はどれになりますか?

 

SLC Flashを搭載した工業グレードのmicroSDカードが最も適していますが、高い信頼性とともコストも優先する必要があるケースでは、ユーティリティmicroSDが採用されます。 ユーティリティmicroSDカードでは、以下の機能が期待できます。

 

4GB〜64GBの容量 MLCフラッシュ

-25〜80℃の動作温度、または-40〜85℃の動作温度

ユーティリティ+ 95MB / sの読み取り速度と90MB /秒の書き込み速度

5年間のデータ保持

300万時間を超えるMTBF(0〜30℃)

スマート機能の互換性

 

これらの高性能な技術的機能に加えて、ユーティリティmicroSDカードには制御されたBOMが付属しているため、OEMは部品の変更が予期せず発生することはなく、ユーザビリティに影響を与えることはありません。部品の交換が必要な場合は、新しい製品番号が発行され、最終的な注文が行われるように事前通知が行われます。カードは、Secure Digital Associationが定めたすべての仕様に準拠し、慎重なライフサイクル管理プロトコルでバックアップされます。

 

microSDカードはカスタマイズできますか?

 

すべてのmicroSDカードは、ホスト固有のパラメータとアプリケーション固有の操作を満たすように完全にカスタマイズ可能です。レーザーエッチング、パッド印刷、パッケージング、フォーマット、データロードなどのカスタム機能も利用できます。

軍事用途フラッシュSSD頑丈なストレージが必要不可欠な使用環境を1つ挙げるとしたら、それは間違いなく軍需用途になります。 極端に厳しい動作条件をクリアし、データセキュリティを維持する能力は、これら軍での様々なアプリケーションにとって重要です。 ミリタリーグレードの妥協する余地のないSSDの信頼性を維持することは、工業グレードの製品が提供する最高レベルの耐久性を向上させることに繋がります。 妥協の余地がない軍事使用の厳しい要件を満たすソリッドステートドライブの製作には特別なアプローチが必要です。 

 

要求条件の1つとして、 軍事用途SSDは高速消去が可能でなければなりません。

 

SSDのメリットの1つは、ハードドライブで検出される回転ディスクよりも消去がはるかに簡単であることです。 ハードドライブは完全に消去されるまでに数時間かかることがありますが、SSDは通常その時間のほんの一部できれいに消し去ることができます。 しかし、軍用のユーザーにとっては、標準のSSDの高速消去機能でさえ十分ではありません。 軍隊では数秒でSSDを消去できなければなりません。 ミリタリーグレードのSSDはこれを可能にします。 ミリタリーグレードのSSDに保存されているすべてのデータは、1回の操作でドライブから完全にきれいに消し去ることができます。

 

軍事ユーザーは、SSD破壊を複数の方法で引き起こすことができます。

 

機密データが軍のSSD上に保持される可能性があるため、ドライブを迅速に消去する機能と、複数のモダリティを駆使してドライブを消去する機能が組み合わされています。 ほとんどの軍事用途SSDは、物理的なスイッチまたはソフトウェアコマンドを使用してデータ破壊を引き起こすことができます。 追加されたセキュリティレベルでは、ミリタリーグレードのSSD消去は開始されても停止できません。 電源を切ると消去が遅くなりますが、電源が回復するとプロセスは続行されます。これらの機能は、機密情報がドライブを管理できる権限のない当事者にアクセスできないようにするために不可欠です。

 

軍事用途SSDにとって環境条件は大きな問題です。

 

ミリタリーグレードのSSDは、最も極端な動作条件でミッションクリティカルなデータを記録する必要があります。 極端な気温、極度の高度、過剰な塵や水分、砂、塩、高度な衝撃や振動は、軍用グレードのSSDが直面しなければならない要求の一部です。 産業グレードのストレージは高度に適応可能で信頼性が高く、軍事用途の要求は通常、最高レベルの産業性能を必要とします。 そのため、軍事用途や他の産業用途に最適な性能を確保するためには、カスタマイズされた堅牢なストレージが必要です。

産業用CFカードと民生用CFカード、その違いは決してフラッシュチップだけではありません。

主な違いは5つあります。

1. ファームウェアアルゴリズムの違い。
産業用CFファームウェアアルゴリズムは、欠陥管理、エラーチェック、訂正などの最もインテリジェントなプログラミングを備えています。

2. ドライブのディスクタイプ
 市販の民生用CFカードは、リムーバブルディスクとしてよく使用されます。 産業用CFカードは、通常、組み込みアプリケーションに使用される固定ディスクです。

3. 予期しない停電に対応する能力
 停電に対しては産業用CFカードは、ソフトウェアによって保護されるだけでなく、予想外の破壊的な電力変動に物理的に抵抗するように設計されています。 民生用CFは通常、ソフトウェアによってのみ保護されます。

4. 温度条件の変動
 産業用CFカードは-40℃~85℃で使用できますが、市販の民生用CFカードは動作温度範囲が-25℃~85℃です。

5. フラッシュメモリーの種類
 産業用CFカードがSLC(シングルレベルセル)フラッシュメモリーを採用しているのに対し、市販の民生用CFカードではMLC(マルチレベルセル)フラッシュメモリーやTLC(Three-Levelセル)フラッシュメモリーが使用されています。


Delkin 産業用・工業用CFカード

フラッシュメモリーの耐久性・寿命について

自動車 インフォテインメント自動車や飛行機で旅行するときは、映画、音楽、地図、交通情報などの情報やエンターテイメントを利用して、楽しい快適な旅をしたいと考えます。 IVI(車載用インフォテイメント)システムは、列車、飛行機、マイカーで移動中の運転手や乗客に対してその役割を担います。 インフォテイメントシステムとは、具体的には車のダッシュボード上のタッチスクリーンデバイスや旅客機の席にあるエンターテイメントシステムのことです。 これらのIVIシステムは、システム自体にビデオ、ミュージックマップ、ナビゲーション、およびオペレーティングソフトウェアなどすべてのデータを格納する堅牢で信頼性の高いハードウェアを備えている必要があります。 そのため、今日の先進的な次世代インフォテインメントシステムでは、最も堅牢で信頼性が高く、効率的なNANDフラッシュベースの産業用SLCフラッシュストレージが使用されています。

SLCフラッシュストレージは、インフォテインメントアプリケーションの場合、50K〜100Kの耐久P/Eサイクル、衝撃と振動に対する高い信頼性、より幅広い動作温度範囲、8GB〜256GBの容量範囲を特長としており、最も適切なソリューションとなります。 このSLCフラッシュを採用した丈夫なSSD ソリッドステートドライブは、GPS、サーモスタットコントロール、バックアップカメラディスプレイ、オーディオ/ビデオ再生オペレーティングシステムなどの重要なデータを保存し、車、列車、航空機など過酷な環境条件に耐えます。

Forbesによると、フラッシュストレージ市場全体の推定5%は、最新のインフォテインメントシステムで使用している自動車業界からのものです。今日の自動車では、ドライバーアシスト機能、3Dマッピング、データイベントレコーダー、スケジュール効率の向上、車両とローカルネットワーク間のより高速な通信など、ますます多くのデジタル機能が使用されるため、今後数年間で10%以上になると予測されています。

市場で入手可能な他のストレージデバイス(SRAM、DRAM、EEPROM、NOR、およびMLC NANDなど)の中で、SLC NANDフラッシュストレージソリューションは、各セルが1ビットのデータ(1または0のいずれか)を含む革新的なフラッシュストレージアーキテクチャを採用しています。これらのSSDドライブは、最大トレース幅が32nm〜43nmです。トレース幅が広いと、消費電力が少なくなり、性能が向上し、耐久性が向上します。これらは、インフォテイメントアプリケーションを含む業種の運用上の価値を提供する上位3つの要因です。

例えば、43nm SLC NANDの耐久性は、100,000サイクル/物理ブロックとすることができる。さらに、SLCフラッシュのエラーレートは、pSLC、MLC、およびTLC NANDなどの他のバリエーションよりも大幅に低くなっています。事実、産業グレードのSLCフラッシュカードは、他の形態のNANDフラッシュ記憶装置と比較して、物理ブロック当たり300%多くの耐久サイクルを提供することができる。

産業用フラッシュストレージは、自動車産業の温度要求に耐えるように設計されています。 SLCフラッシュベースのストレージソリューションは、-40〜85℃の極端な温度範囲で完全に動作します。さらに、2000Hzまでの外部振動に対して大きな抵抗力があります。これらのFlashストレージソリューションは、カスタムデータロード、コンフォーマルコーティング、OEMラベリング、その他の規制要件など、特定のアプリケーションベースの要求を満たすようにカスタマイズすることができます。シングルレベルセルNANDユニットのこれらの優れた特性は、タッチスクリーンの応答性の向上、荒い路面や凹凸路面での運転からの干渉の低減、乗客により速いインフォテイメントを提供する能力など、データ集約型のインフォテインメントや接続されたカーアプリケーションに理想的ですエンターテインメント)の経験を提供します。

工業用SLCフラッシュストレージの主な特長:

-40〜85℃の温度範囲で完全に機能
耐振動 2000Hz
耐久サイクル 100K
最大トレース幅 43nm
AEC-Q100仕様準拠
データの破損、セルのクロストーク、フリップビット、またはその他の外乱の影響を受けない
極限環境でのライフサイクルの延長、優れた性能、機能の向上、最適な耐久性
カスタマイズオプション
強化された電源破壊耐性
ストレージ容量 最大256GB
当社のアプリケーションには最新かつ最速のSDカードが必要であり、その予算は15ドル以下です。どのような選択肢がありますか?」 - True Customer Stories

SDカード規格は、世界で最も人気のあるメモリカードです。このように、この人気のあるカードファミリーを構築するために使用されるスピードクラス、インターフェイス、およびテクノロジに関する多くのデータがあります。何年も市場に残っている可能性のある組み込みホストを設計するときには、最新かつ最新のテクノロジを利用できるように設計することで、テクノロジ・カーブを先取りして維持する傾向があります。あなたがカード基準で勝者と敗者を推測することができれば、あなたのホストがEOLであるカード標準を使用する可能性が低く、将来的には実行可能な選択肢ではないという考えがあります。必要な規格を評価することで、Industrial SDカードを購入する際のコスト削減につながります。

多くのOEMデザイナーは、SmartMedia、MMC、xD、MiniSDのような古い消失したカードの標準を見ると、彼らの教訓を学びました。どのカードを使用するかは将来のある時点で決定することができます。不十分なものを選んで、いつかはあなたの製品を動かす危険を冒してください。

SD(SC)はSDHCとなり、SDXCは容量に基づいて変化しています。最新のSD仕様6.0には、最新のUHS-IIIバスインターフェイスが含まれており、さらにUHSスピードクラス(U1またはU2)、ビデオスピードクラス(V6〜V90)、さらにはアプリケーションパフォーマンスクラス(A1またはA2)が定義されています。多くの新しいアプリケーションに関連する標準を維持するという熱意の中で、SD協会は、実際にはSDカードを取り巻くかなり複雑な命名法を作成しています。

カスタマーストーリー

顧客は洗練されたビデオロギングアプリケーションを持っていて、MicroSDをカメラのバックアップとして使用していました。そのホストは中央の場所に記録されましたが、障害または停電の場合、カメラはローカルに記録されました。バイヤーはIndustrial and Rugged SDを調査し、アプリケーションがビデオを使用して以来、非常に高速で最大の容量が必要であると判断しました。主な問題は、予算が実際にはさまざまなサプライヤーから引用されていたコストをサポートしていなかったことです。

デルキン発見

Delkin Customer Applicationsチームの最初のステップは、顧客の要件を完全に理解することでした。カードの使用モデルから出発して、Delkinはカードが時間とともにどのように使用されたかを判断することができました。ホストの要件を完全に理解することは、カードの真の使用法を学ぶための鍵です。 Delkinは、業界で利用可能な多くのツールを使用して、カードの信号と電力使用量を監視し、当社独自のツールも使用しています。さらに、調査の鍵は、ファイルの種類、構造、およびカードへの書き込み方法です。

このデータから、キャプチャされたビデオが高速または高解像度を必要としていないと判断し、使用を最適化するために取ることができるアクションがあったと判断するのは簡単なステップでした。これにより、アプリケーションが必要とする信頼性を失うことなくコスト目標に近づけることができる、よりシンプルなソリューションが実現しました。

デルキンソリューション

このカードのウェアレベリングアルゴリズムを最適化し、WAF(Write Amplification Factor)を最小化するようなFAT以外の最適化を行うことで、カードの寿命が延長されました。 FWがコミットしたデータとガベージコレクションの両方に影響を及ぼす書き込みのランダム性を最小限に抑えるためのさらなる作業はすべて、アプリケーションにとって安価で完璧にバランスのとれたカードに貢献しました。最高のニュースは、上記の調整を行ったこのカードは、デルキンユーティリティのカードラインで入手できたということでした。制御されたBOM産業用ストレージ製品であり、安価なカードの選択肢として、彼らは予算にかなり近づきました。

最新の技術と最新バージョンの標準は、より良く、より現代的であるとみなされています。おそらく分析の結果、カードやホスト自体に問題を解決したり、効率を上げたりするためにいくつかの変更を加えることができます。このような状況で、OEMは他の場所では提供されていないソリューションを見つけました。

学んだ教訓

組み込み機器用の産業用ストレージソリューションを設計する際は、慎重に選択する必要があります。カードの最新の反復は、あなたにとって正しい解決策ではないかもしれません。工業用のフラッシュおよびストレージ製品は、ホストが使用できる機能をもたらすために強力で現代的なCPUに依存していますので、デルキンと相談して、ニーズに合ったカスタムの組み込みストレージソリューションを選択する際に役立ちます。

「当社製品でのデータ損失の代償はとても大きい。 カード寿命の終わりを予測する方法はありますか?」



デジタルサイネージ

使用モデルにどれだけうまく最適化されていても、組み込まれたストレージは、ある時点で寿命に達します。 どのようなフラッシュストレージのテクノロジーを持ってきたとしても、限界があります。 デルキンはライフサイクルマネジメントの一環としてさまざまな手法を用いてフラッシュメモリー製品を最大限に活用するために取り組んできました。 「すべてのサプライヤからのすべてのストレージソリューションはある時点で消耗して使用不可になる」という事実に対処するということは、すなわちストレージの製品寿命の終わりを予測するということです。 データが失われる前、またはその他のコストが発生する前に、障害を予測してストレージを交換できることは、多くの機器製造メーカーにとって重要な要素です。


Industrial Gradeリムーバブルストレージで使用されるSMARTコマンドは、障害の予測、停止時間の短縮、予防保守のスケジューリングの効率を大幅に改善しました。 SMARTコマンドは、SD、CF、SSD、CFASTカードなど、さまざまなフォームファクタで採用されています。これらのSMARTコマンドを製品の初期状態の評価のために使用するだけでなく、組み込みホストのアプリケーションに実際に「SMARTトリガー」をインストールすることで、予想外のデータ損失を未然に解決する予測・予防対応が実現しました。



カスタマーストーリー



デジタルサイネージ(電子看板)では、組み込まれているストレージのデータの損失が、見ている人誰もがすぐにわかってしまうアプリケーションです。 デジタルサイネージとは屋外・店頭・公共空間・交通機関など、あらゆる場所で、ディスプレイなどの電子的な表示機器を使って情報を発信するシステムです。 メモリーカードの寿命が終わってしまった場合は、ブランク画面やエラーメッセージが表示され、結果として何らかの損害を招いたり安全上の問題を引き起こす可能性があります。 そのため、デジタルサイネージのビジネスは、ディスプレイの表示不良にかかわるリスクを回避することばかりに固執することなく、予防的なメンテナンスを積極的に行うことを重要視しています。



「私たちが必要としているフラッシュカードが見つかりません。たとえ新しいものでも予期せずデータが失われてしまいます。 そこで工業用グレードのフラッシュメモリーは当社のハードウェアよりも長持ちすると考えました。 私たちの考えは、現場に設置するコンパクトフラッシュカードを産業用に替えれば、より堅牢で、予期せぬ故障も少なくて済むというものでした。」と、大手デジタルサイネージ機器製造会社のプロダクトマネージャーは説明しています。 「カードは消耗しますが、予期せぬデータ損失は非常に高いものにつきます。カード寿命の終わりを予測する方法はありますか?」



デルキンの調査



CPU技術はフラッシュメモリーの開発同様、長年にわたって改良されており、5年前のデザインのコントローラでは、最新のCPUが持つツールや機能が使用できないのです。
その一つであるSMARTツールの登場により、すべての組込みカードユーザーへよりも多くのデータとカードの健康情報がもたらされました。 また、この情報は入手しやすく、ホストアプリケーションでも実行できます。



Delkin Customer Applicationsチームの最初のステップは、顧客の要件を完全に理解することでした。 カードの使用モデルから出発して、Delkinはカードが時間とともにどのように使用されたかを理解することができました。このデータから、カード耐久性と耐用年数を見積もることも容易になりました。 顧客は予期せぬ故障によって悪影響を受けたていたので、科学的な根拠を持たないものの有効寿命がまだ15%残っているフラッシュカードの交換を承諾しました。これは、通常の保守点検よりも少し費用の掛かる予防保守点検に対して取り組む下地となりました。

SMARTは、ブロックごとのP/Eサイクル、不良ブロック数、残りのスペアブロック、カードの通常の起動回数、さらには異常な電源投入回数などの重要なカード情報を取得します。これにより、他の多くの情報とともに、機器自体の状態、またカードの寿命を予測することが可能になりました。



デルキンソリューション



このデータを使用して、顧客はSMARTコマンドを使用してフラッシュ耐久性を判定し、カード残存寿命を決められたしきい値と比較することで数値化し、カードのSMART評価を定期的に実行するアプリケーションをプログラムすることができました。 このアプリケーションは5つの重要なカード使用状況の抽出データを選択し、それらを決められた最大値と比較することによって、カードが85%の使用状態に達するとホストに通知することができます。 通常、これには数年かかりますが、これが予期しないデータ損失を事実上防止するツールとなりました。さらに、カードが破損したり、カードの取り付けに異常があった場合、それをを警告する手段となりました。 これは、サービス担当者に、他の問題、例えば、他の場所で発生していた熱や電力の異常などを認識させる可能性があります。 最終的には予期せぬエラーの撲滅とはるかに信頼性の高いデジタルサイネージシステムを実現することが出来ました。

SMARTは、PC上の診断ツールとして、Delkin Devices SMART Dashboard 1.1ソフトウェアのようなものを使用して、推定されたカードの耐久性を確認するためにも使用できます。営業担当者に問い合わせしてください。



「現場でダッシュボードカメラの故障が発生、CFカードが原因でカメラ起動時に問題が発生していると思われる」

砂漠フォームファクタとしてのコンパクトフラッシュは、20年以上にわたり多くの組込み製品OEMによって使用されている安定した産業用記憶媒体です。この規格では、インターフェイスにHDDを模倣するように設計されたシンプルな50ピンコネクタが使用されています。デザインの頑丈さとシンプルさは、頑丈なストレージにとって最も人気のある選択肢の1つになっています。

1994年に初めて導入されたとき、CompactFlashはSLC(Single Level Cell)フラッシュを使用し、全世界的に普及した最初のカードフォーマットの1つでした。 まだいくつかのデジタル一眼レフカメラやビデオカメラで使用されているCompactFlashは、文字通り世界中の何千ものホストに常駐しています。 4つの物理チップを搭載し、頑丈なコンテナにメモリを収納することで、高速で大容量で、汚れや温度の高い環境でも使用できます。 SLCを使用するCFの唯一の欠点の1つは、高価になる可能性があるということでした。

MLC(マルチレベルセル)フラッシュが導入されたとき、CFカードは未来が開かれたように見えました。 実際に安価なフラッシュで、C​​Fのすべての利点を楽しむことができました。  MLC CFカードはコンシューマ製品の標準となりました。温度範囲の縮小と新しいMLCフラッシュに特有のプログラム/消去サイクルの減少にもかかわらず、産業用組込み機器の顧客でも技術の検討が始まりました。

カスタマーストーリー

「ダッシュボード・セキュリティ・カメラを最初に顧客に販売した時からコストダウンの方法を模索していました。 当社の製品を必要としているこの市場セグメントは、コストと予算の両方に敏感であることがわかっており、手ごろな価格と高い信頼性を武器に、顧客の全車両での採用を狙っていました。 我々は、MLC導入時にCFカードの温度仕様に問題があるかどうかの検討を行いましたが、私たちの出した結論は、車両内の温度が人間が快適であると思う範囲を超えない環境であり、エアコンを使えば 0〜70℃を超えることはないということでした。 」

「不具合の現象からCFカードの設計か動作上の問題であることが明らかだったため、起動時にどのカードがどの状態にあるのかを調査し、その原因を特定に努めましたができませんでした。 当社のサプライヤがCFカードで問題を見つけられなかったとき、エンジニアの一人がデルキンに連絡を取りました。」

デルキン調査

カメラメーカー担当者はデルキンの販売員に電話し、問題を説明しました。 セールス担当者は上司と話し合い、将来この顧客と仕事をする機会があるかもしれないことを考慮し、デルキンの技術チームが問題解析に参加することを決めました。 彼らが何らかのテストや代替的な診断のアイデアを提案できれば、カメラメーカーがこの苦境から抜け出して、更なるビジネスの発展に繋がるかもしれません。

デルキン カスタマー アプリケーションチームは、よく問題のある他のブランドのカードを使用しているユーザーから電話を受けます。 通常、会話は限定されたものになります。私たちの設計や製造をしていないカードの問題を診断するのは難しいからです。 しかし、根本的な原因を突き止めるために、少なくともいくつかのアイデアを与えたり、テストの必要性をアドバイスすることはできます。

ホスト、オペレーティングシステム、工業用SBC(Single Board Computer)の使用状況、環境、および故障したユニットの詳細についての簡単な打ち合わせの際に、故障したユニットがすべて極度の熱環境にあったことが判りました。 ユマ アリゾナ州、パームスプリングス カリフォルニア州、フェニックス アリゾナ州です。 このカメラが全国的に販売されているにもかかわらず、あまり暑くない地域や寒い環境では障害は発生しませんでした。 温度に関する理論が再検討されることになりました。

この顧客のMLC CFカードは、Powayにあるデルキン社の施設の温度チャンバで試験しました。 当社のHALTおよびHASS機器では、カードがホストで使用されている間の動作マージンを決定するために急激な温度変化が使用されました。フラッシュは0~70°Cで評価されていましたが、定格より5~7°高い温度で起動して動作することができました。 この程度のスペックに対してのマージンは、大手ブランドのフラッシュを使用する場合は普通のことで、場合によっては仕様を10%超超える場合もあります。 80℃を超えるとカードはもはや動作しなくなることが判りました。

デルキンソリューション

HALTとHASSテスト(高加速寿命試験と高加速ストレス画面)は、内蔵モードの故障モードと根本原因、機能上の動作限界、機能破壊限界を判断するのに最適です。この「破壊試験」により、メーカーは製品の動作マージンを決定することができ、使われている関連部品の「リンク」の中で最初に壊れるものの特定もできる可能性もあります。 例えば、コネクタ、CPU、フラッシュチップ、または何らかの基礎をなす構成要素が故障する最初のパーツになるかもしれません。 この情報はデルキンのような製造業者が設計の動作マージンを増やすために可能な限り「弱いリンク」を置き換えることによって耐久性を最大にするのに役立ちます。

Dashboardカメラの問題は、動作温度ではなく、ストレージ温度でした。ストレージ温度は、通常、動作温度よりも高く、回路に通電されていません。 故障が発生した時、カメラは炎天下の下で車に乗せられており、窓は数時間締め切られた状態でした。 そのカメラケースの内部の温度は100°C(212°F)を超えていて、乗員がエアコンをオンにしても、温度が車内の調整温度まで低下するまでにかなりの時間がかかるでしょう。 100℃の始動温度はMLCフラッシュの仕様を超えており、動作できませんでした。この問題のソリューションはより良い換気ボックス、またはSLCフラッシュへの切り替えとなりました。 もう1つの解決策は、ダッシュボードカメラの電源を入れる前に、ある程度の冷却時間を置くことでした。

サンフランシスコに拠点を置くPumpkin Inc.は2000年以来人工衛星用各種コンポーネント、ユニット製品を製造・販売するユニークな会社です。 Pumpkin Inc.は、彼らの製品を支える重要なパーツであるSDカードにDelkin Devices製 工業用SDカードを選択し、以来ずっとPumpkin社はDelkin Devices 工業用SDカードを、宇宙船の中で常に使用し続けています。

Delkin SDは衛星で使われているPumpkin社は、市販の「ナノサテライト」を開発・製造する最初の会社でした。 
「ナノサット」とは最大10キロの小型衛星のことです。 2002年以来、Pumpkin社は数多くのCOTSサテライトを販売してきました。 衛星キットの多くはエンドユーザがカスタマイズするためのものです。 
Pumpkin社は今、打ち上げ準備の整ったターンキー衛星として顧客の仕様に合わせて作られた完全な宇宙船の開発にフォーカスしています。

各衛星に搭載されているフライトコンピュータにはSDスロットがあり、そのスロットで使用が許可されているSDカードは唯一、Delkin社拡張温度範囲の工業用SDカードのみです。 
現在の仕様では、フライトコンピュータには複数のスロットが設けられており、少なくとも2つのDelkin 工業用SDカードが付属しています。

初期の立方体型衛星は低消費電力のマイクロコントローラを使用し、2GBの記憶容量に制限されていました。 
Pumpkin社のCEO / CTO、Andrew Kalman博士によると、「宇宙空間は厳しい環境なので、冗長システムは標準的なものと考えます。 最新の設計には、プライマリとバックアップの2つのSDスロットが含まれています。 私たちはSDカードを適切に保持するための対策を取りますが、カードを取り扱う上で他の特別なことを行う必要はありません。 開発中にSDカードを使用することには多くの利点があります。」

顧客は、教育、科学、娯楽、芸術、国防など様々な分野に及び、それぞれの目的でPimpkin衛星を使用しています。

Pumpkin社の顧客への第1四半期の2017年出荷には、前述もターンキー型宇宙船が含まれます。

■ 「Overview1」は、軌道からビデオをキャプチャするためにSpaceVR用に設計され構築されたバーチャルリアリティ宇宙船です。

■ 「バッカニア」はオーストラリアのニューサウスウェールズ大学向けに教育目的と実験目的のために作られました。

■ 「SUPERNOVA」は、米国海軍のRapid Innovation Fundプログラムで設計された多目的ビークルです。このフライトユニットは、空軍工科大学によってフライト認定を受けました。 テストでは、連続して読み書きをしながら、真空下でのホットサイクルとコールドサイクルを含む空間の影響をシミュレートします。 SUPERNOVAにはNSA認定のハードウェア暗号化通信が含まれており、サイバーセキュリティ専門家が当社の電子機器を見直していることが確認されています。
「私たちは、民生用SSDが「産業用デバイス」として使うには適していないことを認識していませんでした。」

民生用の製品は、宣伝広告による影響もあり、最初に意識してしまうのがブランドであったりするものです。 これはこれでよいのですが、組み込み用の工業用ストレージ・デバイスを検討する際に、この考えは大きな誤りとなるのです。

民生用ソリューションは、高いキャパシティとスピードのような優先順位に重点を置いています。多くの場合、コストやドル/ GBで測定されます。一方、工業用組み込み機器ソリューションでは、データの完全性、環境堅牢性(ショック、温度、振動)と電気的堅牢性に重点を置いています。 
ここを間違えると大変なことが起こることになります。

カスタマーストーリー

「当社は、当社製品への組み込み用SSDをNANDフラッシュ製造で有名なA社製とすることを決定しました。 当社の製品は、データがオフライン時にドライブに書き込まれること、データ量も少ないことから、速度について心配はしていませんでした。 この製品の優位点としては、大変ポピュラーな一般ユーザ用製品として多くの小売店でも入手がしやすく、また価格も安く購入できることでした。 私たちは、それらのアプリケーションが私たちの機器の使用用途よりはるかに集中的に酷使されていると想像していました。 」

私たちは最初に、ドライブがランダムに読み込み専用に切り替わってしまう問題を認識しました。  私たちは、トリガーイベント、またはこれを引き起こした可能性のあるエラーを見つけるために調査を行いました。 ドライブはオフラインになり、それ以降のデータの書き込みは許可されませんでしたが、その時点までに書き込まれたすべてのデータは、ドライブで読み取ることができました。 私たちの技術者は、システム内のドライブを再初期化することで、修復されたように見えました。 最も古いドライブの故障の割合が急に上昇しはじめたように見えたときにも、この現象の発生原因を調査中でした。 この段階では約1ヶ月でドライブの2〜4%をが読み取り専用となる状況でしたが、これが10%を超え、15%まで上昇しました。 私たちは心配をしはじめました。

デルキンの調査

既製品のSSDのクライアントアプリケーションには、容量、速度、コストという3つの要素があります。 これらの機能は、速度重視のラップトップやサーバーでうまくいきます。 しかし、これらの機能は、ユーザーがコンピューター環境にあることを前提にしており、実査にはデータがかなり特殊な方法で書き込まれています。  問題は、多くの工業用組み込みシステムでは、実際にはほとんどが、フラッシュにデータを書き込むというコンピュータと同じスタイルを採らないことです。

産業用組み込み型SSDソリューションでは、注目すべき機能が全く異なります。 データの完全性が最優先され、環境と電気の堅牢性、ライフサイクル管理、フラッシュの利用、アプリケーションの仕様によって決まるその他の多くの機能の順に高い優先順位を占めています。

多くの組込み機器のホストにはLinuxが採用されており、ホストソフトウェアのカスタマイズを容易にします。 このため、NANDフラッシュに関連する1つ以上の制約が試されてしまうことがよくあります。 フラッシュは、プログラムおよび消去サイクル(P/Eサイクル)に基づいて摩耗していきます。 書き込まれるファイルのサイズは、P/Eサイクルに大きな影響を与えます。すべてのフラッシュは、その構成に基づいて利用可能な限られた数のP/Eサイクルを有しています。

典型的なFLASHチップは、4Kまたは8Kまたはそれ以上のバイトの「ページ」が、フラッシュチップに応じて256ページから16Kページのいずれかのブロックにグループ化されるように構築されています。 したがって、1つのブロックに大量のデータを格納することができます。 デバイス上の1つの制約は、消去可能な最小単位がブロック全体であることです。 したがって、1ページ内の数バイトが更新される場合、データは更新された新しいブロックに移動されなければならず、前のブロックは消去され、将来の書き込みに使用されます。 デバイスの第2の制約は、データの保持が危険にさらされる前にブロックを消去できる回数が制限されていることです。

新しいデータが物理チップに書き込まれると、そのデータは空きページに書き込まれます。 ユーザーが非常に少量のデータ、たとえば256バイトを書き込む場合、ページ全体を使用してその256バイトのデータを保持します。残りのページは未使用です。これは、一度ページを開くと、追加のデータで「書き直す」ことができないためです。次の256バイトの書き込みでは、この新しいブロックの256バイトのデータを保持するために別の空きページが使用されます。これらのデータが連続する場合、ファームウェアは前の256バイトを新しい256バイトとともに新しいページに移動し、それらをまとめて保持します。 このように、あるページから別のページへのデータの書き換えは、同じデータがFLASHに書き込まれる頻度を測定する「書き込み増幅」(WA)を引き起こします。

デルキンソリューション

これらの要素を考慮すれば、ドライブの動作モードや作業負荷がドライブの寿命に大きく影響することがわかります。 この場合のドライブの寿命に影響を及ぼす最大の要因は、コンシューマーグレードのTLCフラッシュが書き込みに使われ、且つアプリケーションの書き込みのサイズが小さかったことです。 ある種類のフラッシュメモリーではP/Eサイクルが非常に少なく、ドライブが最大P/Eサイクルに達すると、不良ブロックを交換するためにスペアブロックを使い始めることになります。 スペアブロックの数は限られていますので、これらを使い切ると、多くのドライブが読み取り専用になってしまいます。 これが今回、お客様のドライブに起こったことでした。 一部のドライブでTLCフラッシュを使用すると、わずか800 P/Eサイクルに制限されることがあります。 有名ブランド数社の市販されているフラッシュの利用可能な消去回数は、TLC:800、MLC:3000、SLC:60000 です。 しかし、これらの生の数値は、誤差補正やウェアレベリングなどのツールを使用して大幅に増加させることができます。

学んだ教訓

この件は小容量のSLCドライブに切り替えることで問題が解決しました。 おそらく、ホストアプリケーションを変更してファイルサイズの書き込みを調整するなどの他の解決策もありますが、ドライブのワークフローへのこの調整は時間がかかり、コストがかかります。 製品を選択する際には、ストレージソリューションとホストのワークフローを一致させることが重要です。 クライアント市場向けに設計された小売りのSSDやその他のストレージ製品の有名ブランドは、最適なソリューションではない場合があります。 より小さい容量のSLCベースのSSDを使用することで、顧客はもともと使用していた大容量のSSDと比較して、無理のないコストを達成することができました。

ハンドヘルド機器の某メーカーは、驚くべき速さで彼らの主力製品を返品の山にしている元凶のSDカードの破損に苦しんでいました。 被害を受けた顧客は、現場のデータ破損を報告しており、すべての注文をキャンセルすると脅していました。 この問題に対処するチームは、既存のメモリカードサプライヤからのサポートを得ることができませんでした。

カスタマーストーリー

「マーケティング担当者が主力のハンドヘルド機器のバッテリー寿命を延ばすことができるかどうかを技術部門に尋ねてきたのは6ヶ月前です。 この機器は、当社のベストセラーで最も収益性の高いコア製品であり、製品ライン全体を牽引する主力製品でした。 電力の改善が市場シェアを最大3%増加させ、2016年を最も収益性の高い年にすることができると推定されました。

調査の結果、SDカードの電源を切ることで、全体的な電力使用量を減らし、充電間のバッテリ寿命を延ばすことができることがわかりました。 変更がアプリケーションに加えられ、テストされ、わずかですが節電が達成されました。 私たちは感動しました! この変更はすべてのユニットで実装され、改良された出力レーティングで起動することができました。

この改良品の出荷後すぐに、私たちは最大かつ最長の顧客の1人から電話を受け取り、数えきれないほどの問題の報告を受けました。 この顧客は、すべての注文を取り消し、彼らが持っていた製品を返品すだけでなく、代わりのサプライヤを探し始めることにしました。

デルキンでの調査

この機器メーカーは、Delkinの顧客アプリケーションチームを迎え入れ、両社で問題の根本的な原因究明が始まりました。 すぐに使用モデルを理解し、ホストとカードの間のバスアクティビティをキャプチャするように作業進めていきました。 カードは一見、破損しているように見えましたが、現象の発生頻度はランダムであり、理由を理解する必要がありました。

調査を進めていく過程で、私たちは、SDカードのデータ破損が、追加された省電力ソフトウェアの変更の結果であることを知りました。 カードの電源がオフになっている間、顧客はカードが信号ピンの漏れから継続動作に十分な電力を引き出していることに気付きませんでした。 小さな電力漏れは、CPUを有効にしてハウスキーピング機能を実行するのに十分ではありましたが、どのタイプの書き込み操作を試みても、すぐに電源が落ち、フラッシュ書き込みエラーが発生していました。これによりデータは破壊されていました。

デルキンソリューション

デルキンは、SDカードの電源を単に「切る」のではなく、電源を切る前に、顧客がそれぞれの信号ピンを低電圧で駆動するようにアプリケーションを修正することを推奨しました。 この修正はデータ破損の問題を解決するだけでなく、主装置の電源を切った後に電流漏れを防止することにより、さらに多くの電力を節約する可能性がありました。

顧客はアプリケーションソフトウェアをすばやく更新することができました。 新しいコードをロードしてテストした後、数日ですべてのユニットが更新され、顧客ベースに出荷されました。信頼が回復し、安定した収入源が救われました。

学んだ教訓

NANDフラッシュメモリカードは単なる「メモリチップ」よりもはるかに複雑であることを覚えておくことが重要です。 劣化した電力が問題となるこのシナリオでは、フラッシュ書き込みが誤って解釈され、データがフラッシュ内の間違った場所に送られました。

「当社の製品は200ドル以下で販売されており、高価なSDカードを採用することは許されませんでした。」

あなたがモペッド(エンジン付き自転車)にジェット燃料を入れないように、安価な製品には通常高価なSLCベースのカードを付属したりはしません。 誰も199ドルものSDカードを必要とする60ドルの機器にお金を払う人はいません。 これは工業製品の現実であり、時には正しいカードの価格ポイントが高すぎるため、OEMの場合、経済性を優先するため安価なカードの採用が必要となる場合があります。しかし、だからといってそれが問題を覚悟した上での選択という意味でもありません。

カスタマーストーリー

SDカードが消耗により、どの製品でも年間約1回の障害が発生する傾向にありました。 この問題は、データを収集のために設計された数百から数千もの安価なデバイスを顧客が導入したとしても管理可能と思えました。彼らがデバイスの98%からデータをプロットすることができれば、通常は必要なものを得るのに十分でした。私たちのデバイスは、24時間7日間連続でカードに絶えずデータを記録していたので、SDカードを使い切る傾向がありました。 安価なMLCベースのSDカードを使用すると、カードのTBW規格を超えることが多く、最終的には読み込み専用になります。

私たちはホストが過酷な環境で動作していることを認識していました。したがって、TBの書面による制限を超えることに加えて、私たちはしばしば、私たちのデバイスがテキサスでは極端に熱い環境の中で、ベネズエラのような場所のサイトで巨大な温度変動がある中で使われていることがわかりました。 これらの温度変化および極端な変化は、SDカードの消耗を加速し、カードをより早く破損させることがあります。 私たちは約10ドルの予算を持っていたので、エラーが起きれば新しいカードに置き換えました。

デルキンの調査

「私たちはデルキンのフラッシュメモリーの耐久性に関する論文を見たことでデルキンと知り合うことが出来た」と話し始めた。それを機会にSDカードのエラーとカードの識別法、交換するためのプロセスについての検討を開始しました。

デルキンの顧客アプリケーションエンジニアリングチームが関与し、環境に関する一連の質問だけでなく、使用されているOS、アプリケーションソフトウェア、そして最終的にカードがどのようなワークロードを経験しているかについても尋ねました。 カードは消耗していました - プログラム/消去サイクル数(P/Eサイクル)がフラッシュの定格を超え、スペアブロックが消耗して カードは無効化されていました。この障害モードは、使用モデルに適しており、この使用環境でMLCベースの製品ではそれ以上のことはできませんでした。 今回、Delkinの役割がサプライヤーよりもコンサルタントということもあり、状況を改善するためにできることすべてを実行していることを再確認することができました。

デルキンソリューション

議論された1つのポイントは、カードの寿命末期の故障が予測できる場合、状況は顧客にとってより管理しやすいことであった。

提供された解決策は、Delkin SMART Dashboardとライブラリを含むSMARTコマンドのDelkinのサポートを使用することでした。このユーティリティは、ユーザが選択した間隔で重要なカード情報を抽出することを可能にします。 このデータには、カードの残存寿命の推定%、消去回数、残りのスペアブロック情報が含まれます。 このツールを使用すると、フィールドに展開する前に、または定期的に予定されているメンテナンススケジュールに合わせて、製造元または顧客が情報を入手することができます。 約10%未満のライフサイクルが残っているSDカードは、フィールドでエラーが起きる前に置き換えられます。

このソリューションは、顧客にとって完璧であることが判明しました。 装置の構成要素が検査された定期的な保守間隔があり、このステップをプロセスに追加することによって、顧客は現場の故障をほぼゼロに減らすことができました。

しかし、デルキンのスマートツールはデルキンカードでしか使えなかったので、顧客は仕様変更をする必要がありました。

学んだ教訓

問題を解決するには複数の方法があり、問題を緩和する方法を探している顧客とDelkinとのチームとして働くことが重要です。ホストの使用モデル、およびホスト環境が正しい解決策を得るためには、長い道のりを歩むことができます。いくつかのソリューションはコストに重点を置くことができ、あるレベルの欠陥が許容される可能性があり、他の設計にはゼロの障害要件があり、既知の問題を回避するためにカスタム設計またはより特長のコントローラが必要です。最も重要なのは、責任を回避する理由を見つけるよりも、問題の解決に重点を置いたサプライヤーを選ぶことです。
「DelkinのSDカードは、新しい大容量デュプリケータでは動作しません。他ブランド製品では問題ありません。」

背景:

何年もの間、Delkin SDカードを購入していた顧客は、売上高が大きく伸び、新しいコンテンツローディング機器(Duplicator)を購入しました。 デュプリケーターでカードにコンテンツを追加した製品は、3年以上も問題なくホスト機器で使用されていました。販売が好調だったこともあり、また新しいデュプリケータがラインに持ち込まれました。

カスタマーストーリー:

新しい36スロット、高速のデュプリケーターが購入、設置されましたが、すぐに障害が発生しました。 私たちは古いデュプリケーターでデルキンのSDカードを動作させていましたが、問題なく書き込むことができました。 しかし、新しい機器に挿入すると、非常に高い故障率が発生してしまいました。 次に試したことは、他のブランドのSDカードと、新しい機器との組み合わせでしたが、問題はありませんでした。 私たちは出荷を続ける必要があったため、最初のステップでは、古い機器のデルキンカードを複製し、新しいデュプリケーターでは別のブランドのカードを使用して作業を進めました。 理想的な状況ではありませんでしたが、機器の特性やデルキンSDカードに何か問題があったかどうかを判断する時間はありませんでした。

Delkin Discovery:

最初に、顧客はデュプリケーターの製造元に連絡をしました。 製造元はいくつかのテストを実行し、コピー検証フェーズではなく、リード検証テスト中にDelkinカードが故障していると判断しました。 デュプリケーターのメーカーは、デルキンのSDカードがシステムと互換性がないとの報告を出してきました。

顧客がデルキンに連絡し、その問題を調査するためのケースが開かれました。 最初に、顧客が経験した結果が、顧客が使用していたのと同じ環境で再現されました。 次に、読み取り確認の段階でカードに障害が発生したことが確認され、デュプリケータのベンダーレポートが正しいと判明しました。 さまざまなテストが実施され、問題なくデルキンカードが複製されていた顧客が使用した以前のデュプリケーターも分析されました。

Delkinソリューション:

Delkin SDカードの信号については、組み込みシステムの使用に適したタイミング仕様を満たしており、また、カードの消費電力やその他の仕様もすべて規格内収まっていました。 分析中、カードのBUS強度が電力を節約するためにわずかに減少したことに気づきました。 Delkin SDカードの初期化で利用できる多くのオプションの中には、このように電力を節約するオプションがあります。初期デュプリケータ上のケーブルは、新しい高速デュプリケータ上のケーブルの長さの半分であったことも注目されました。その後、これが問題の原因であることが判明しました。カードとデュプリケータマザーボードとの間の配線距離が、読み取り中にカード信号が弱くなっていることがわかりました。デュプリケータ製造元はケーブルの長さを変更できなかったため、デルキンはカードのバス強度を上げてカードをカスタマイズし、重複している間の読み取り確認エラーを防いだ。

教訓:

このシナリオでは、カードの電源が最適化され、エラーが発生しました。ホスト製造業者(この場合は複写機メーカー)が問題を解決するための変更を行うことができなかったため、デルキンはカードを修正することができました。このカスタマーストーリーのもう一つの教訓は、ホストやソフトウェアではなくカードのカスタマイズが、他の可能なソリューションより速く、安価で簡単になることがあることです。デルキンのケースでは、新しいパーツ番号が発行され、カスタム初期化命令が追加されました。これにより、追加されたバス強度のカードのみが保証され、問題は解決されました。