Чем накопители промышленного уровня отличаются от бытовых

Всем очевидно, что промышленные системы вычислений и хранения данных требуют особого подхода к обеспечению их надежности, долговечности и производительности. Поэтому и качество применяемого в таких условиях оборудования должно выходить за рамки стандартных потребительских решений. Сегодня мы поговорим подробнее о промышленных решениях Transcend и разберемся, в чем именно заключаются эти отличия.

Долговечность

112-слойная 3D NAND флеш-память (BiCS5)

Чем промышленные SSD и карты памяти отличаются от бытовых, помимо цены? По всем правилам это долговечность в сочетании с высоким уровнем отказоустойчивости. А добиться выполнения этих условий позволяет только применение наиболее качественных компонентов.

Transcend использует передовую 112-слойную 3D NAND флеш-память пятого поколения (BiCS5) в своих промышленных накопителях. Эта технология представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с предыдущими поколениями NAND-памяти. BiCS5 обеспечивает увеличенную плотность хранения данных, более высокую скорость передачи и улучшенную энергоэффективность.

Ключевые преимущества BiCS5:

• Увеличенный срок службы: благодаря усовершенствованной архитектуре, ячейки памяти подвергаются меньшему износу при записи и стирании данных.

• Повышенная надежность: улучшенная изоляция между слоями снижает вероятность утечек и ошибок чтения/записи.

• Более высокая производительность: многослойная структура позволяет осуществлять параллельные операции, увеличивая скорость чтения и записи.

В условиях промышленного использования, где требуется длительный срок службы и стабильность в течение многих лет, использование BiCS5 обеспечивает значительное преимущество перед обычными потребительскими накопителями. Такой тип NAND-чипов применяется в USB-флэшках Transcend, microSD-картах, а также в SSD-накопителях.

Фиксированная спецификация BOM и управление жизненным циклом продукта (PLM)

Другой ключевой особенностью продуктовой линейки Transcend промышленного уровня является использование фиксированной спецификации BOM (Bill of Materials) и системы управления жизненным циклом продукта (Product Lifecycle Management, PLM).

Фиксированная спецификация BOM означает, что производитель руководствуется строго определенным стандартом и не может отступать от него при выборе компонентов. Это гарантирует их неизменность на протяжении всего жизненного цикла продукта, что критически важно для промышленного использования, где замена может привести к изменению характеристик устройства и потенциальным проблемам совместимости.

Система PLM, в свою очередь, обеспечивает:

• Долгосрочную доступность продукта: Transcend гарантирует, что промышленные накопители будут доступны для заказа в течение длительного периода времени.

• Контроль изменений: любые модификации продукта тщательно документируются и согласовываются.

• Предсказуемость характеристик: пользователи могут быть уверены, что приобретенные устройства будут иметь идентичные характеристики на протяжении всего периода поддержки продуктовой линейки.

• Такой подход особенно важен в промышленной и медицинской сферах, где замена компонентов может потребовать повторной сертификации всей системы.

SLC-режим

What is SLC Cache and SLC Mode? | Transcend Embedded

SLC-режим (Single-Level Cell) по своей сути является специальным буфером, который позволяет сделать чтение и запись данных на накопитель более быстрым. В этом режиме устройство, будь то флеш-драйв или CFast Card, начинает использовать многоуровневые ячейки памяти как одноуровневые, в которых хранится только один бит информации. 

Что дает SLC-режим на практике:

• Увеличение ресурса перезаписи: ячейки подвергаются меньшему износу, что продлевает срок службы накопителя с 3000 до 100 000 циклов записи/стирания.

• Повышение скорости записи: запись одного бита происходит быстрее, чем запись нескольких битов в одну ячейку.

• Повышение стабильности данных: снижается вероятность ошибок при чтении и записи.

В промышленных масштабах, где требуется максимальная надежность и производительность, использование SLC-режима позволяет достичь оптимального баланса между емкостью, скоростью и долговечностью накопителя. У Transcend даже есть целая линейка SSD-накопителей, у которых память работает в SLC-режиме (отмечаются как SSD 100K P/E Cycle). Благодаря ему количество программирования/стирания увеличивается до 100 000.

Позолоченные разъёмы толщиной 30 мкм

Максимальная надежность соединений в планках ОЗУ и SSD Transcend достигается за счет использования позолоченных разъемов с толщиной покрытия 30 мкм. Это значительно превышает толщину покрытия, используемую в потребительских устройствах (обычно 3-5 мкм).

Золото само по себе не подвержено окислению, поэтому стабильный коннект будет гарантирован даже в агрессивных средах, которые могут быть характерны для промышленных условий эксплуатации. А толстый слой покрытия обеспечивает большее количество циклов подключения/отключения без ухудшения качества контакта. Плюс ко всему золотое покрытие — это залог низкого сопротивления.

Надежность

Расширенный и широкий диапазон рабочих температур

Агрессивность промышленной среды может проявляться по-разному. Один из типов отрицательного воздействия — перепады температур, и твердотельные накопители Transcend разработаны так, чтобы продолжать стабильно функционировать даже в жару и в холод. Компания предлагает две категории устройств:

• С расширенным температурным диапазоном: от -20°C до 75°C

• С широким температурным диапазоном: от -40°C до 85°C

What is Wide Temperature & Extended Temperature? | Transcend Embedded

Эти характеристики достигаются за счет использования компонентов промышленного класса, способных работать при экстремальных температурах, специальной конструкции корпуса, обеспечивающей эффективный отвод тепла, и оптимизированных алгоритмов управления питанием и термоконтроля.

Такие температурные характеристики критически важны для автомобильной промышленности, уличных систем видеонаблюдения, промышленной автоматизации и других сфер, где оборудование может эксплуатироваться в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Угловая заливка

Технология угловой заливки представляет собой метод нанесения полимерной или жидкой эпоксидной смолы по периметру чипа на печатной плате post-reflow. При последующем нагреве смола, благодаря капиллярному эффекту, равномерно распределяется в подчиповом пространстве и повышает устойчивость накопителей к ударным нагрузкам и падениям, минимизирует механические напряжения, и снижает локальные нагрузки в местах пайки.

Transcend следует строго регламентированному процессу угловой заливки, гарантируя максимальную надежность и долговечность изделий. Такие заморочки совершенно нехарактерны для бытовых накопителей, поскольку требуют больших вложений от производителя, и в принципе не очень-то нужны для базового использования. Угловая заливка используется как стандартная технология во всех промышленных SSD от Transcend.

Противосерная технология (защита от сульфирования)

What is Anti-Sulfur? | Transcend Embedded

Сульфирование — процесс коррозии металлических контактов под воздействием соединений серы, присутствующих в атмосфере. Это может привести к ухудшению электрического контакта и выходу устройства из строя. Во избежание подобных ситуаций Transcend в своих накопителях и оперативной памяти применяет специальную технологию защиты от сульфирования, которая включает:

• Использование специальных покрытий для защиты контактов

• Применение компонентов с повышенной устойчивостью к воздействию серы

• Герметизацию критических участков платы

Для бытовых запоминающих устройств потребности в этой технологии почти нет, поскольку они не испытывают химического воздействия. А для продукции, эксплуатируемой в промышленных зонах, расположенных в непосредственной близи от производств и даже просто в регионах с повышенным содержанием серы и ее соединений в атмосфере, соответствующий уровень защиты будет просто обязателен.

Защита от нарушений во время чтения

Но физическая защита накопителя от внешнего воздействия — это еще не все. Особое внимание Transcend уделяет защите данных от повреждений. Для этого в промышленных накопителях бренда применяются самые надежные и современные методы, которые нивелируют риск утери информации.

Алгоритм выравнивания износа

Этот алгоритм, также называемый wear leveling, распределяет операции записи равномерно по всем ячейкам памяти, предотвращая преждевременный износ отдельных участков накопителя. Это увеличивает общий срок службы устройства и снижает вероятность ошибок при чтении данных. Кстати, именно wear leveling отличает хорошие флешки от посредственных.

Он работает на уровне контроллера устройства, перемещая часто изменяемые данные между разными физическими блоками памяти. Таким образом удается избежать ситуации, когда некоторые ячейки подвергаются чрезмерному износу, в то время как другие остаются малоиспользованными.

Ранний перенос

Технология раннего переноса предполагает перемещение данных из ячеек, которые показывают признаки деградации, в новые ячейки до того, как произойдет потеря информации. Данный метод основан на постоянном мониторинге состояния ячеек памяти. Контроллер накопителя анализирует такие параметры, как количество успешных циклов записи/чтения, время удержания заряда и уровень ошибок при чтении. Когда эти показатели начинают приближаться к критическим значениям, система инициирует процесс переноса данных.

Ранний перенос особенно эффективен в сочетании с вспомогательными методами хранения данных, такими как RAID-массивы или распределенные системы хранения. С ранним переносом можно даже проводить профилактическое обслуживание без прерывания работы системы и снижения производительности. 

Повторное чтение

Функция повторного чтения — это технология, которая позволяет регулировать опорное напряжение чтения для устранения ошибок при считывании данных. Если при первой попытке чтения возникает ошибка, система автоматически корректирует напряжение и повторяет операцию. 

Это позволяет:

• Снизить вероятность ошибок чтения

• Увеличить надежность хранения данных

• Продлить срок службы накопителя

Применение данной технологии позволяет использовать накопители с более высокой плотностью записи, сохраняя при этом высокий уровень целостности данных.

Стабильность

Несмотря на то что непредвиденные отключения питания в рабочих условиях нельзя назвать регулярным явлением, накопители Transcend защищены даже от непредвиденной потери питания. Дабы обеспечить безопасность содержимого запоминающих устройств, в компании делают ставку на две ключевые технологии:

Power Shield (PS)

Power Shield (PS) — это базовая технология защиты данных, разработанная Transcend для фирменных твердотельных накопителей (SSD). Она предотвращает потерю данных во флеш-памяти NAND при неожиданном отключении питания. Встроенная схема измерения напряжения (VDT) в контроллере SSD постоянно отслеживает параметры внешнего источника питания. При падении напряжения (с 5В до 4В или с 3.3В до 2.7В) срабатывает VDT и активирует механизм PS, который предотвращает выполнение контроллером новых команд записи.

В отличие от более продвинутой технологии PLP, PS не требует дополнительных конденсаторов и не продлевает работу устройства для сохранения данных из временного буфера. Вместо этого PS просто останавливает операции записи во флеш-память NAND при падении напряжения, защищая уже хранящиеся данные и прошивку накопителя от повреждений. Эта простая, но эффективная технология обеспечивает базовый уровень защиты от внезапных отключений питания для всех SSD Transcend, гарантируя целостность данных в наиболее критических ситуациях.

Power Loss Protection (PLP)

Power Loss Protection (PLP) — это запатентованная Transcend технология для твердотельных накопителей (SSD) с DRAM, обеспечивающая целостность данных при внезапном отключении питания. PLP состоит из двух ключевых компонентов: аппаратного (специальные конденсаторы) и программного (контроллер с детектором напряжения).

What is PLP? | Transcend Embedded

Принцип работы PLP:

1. SSD оснащен встроенным детектором напряжения, который постоянно отслеживает питание от хоста.

2. При нормальной работе дополнительные конденсаторы заряжаются.

3. В случае внезапного отключения питания, например в модели SSD452P, при падении напряжения с 5В до 4В, детектор активирует PLP. 

4. Конденсаторы начинают подавать резервное питание, а контроллер инициирует процесс копирования данных из DRAM-кэша в энергонезависимую NAND флеш-память.

5. PLP продлевает время работы устройства с 2 мс до 75 мс, что достаточно для завершения копирования данных.

6. Когда напряжение падает ниже 2.6В, контроллер переводит NAND флеш-память в режим защиты от записи.

Преимущества технологии PLP Transcend:

• Использование улучшенных компонентов, включая усовершенствованный детектор напряжения.

• Применение полимерных танталовых конденсаторов с высокой мощностью и низким профилем, стабильно работающих в сложных условиях.

• Эксклюзивные патентные права Transcend на технологию.

• Transcend проводит строгие испытания PLP с использованием оборудования Ulink DriveMaster, включающие 3000 циклов тестирования без единой ошибки.

Возможности кастомизации

Подзаливка

Технология подзаливки представляет собой инновационный метод дополнительной защиты внутренних компонентов накопителя от механических воздействий и влаги. Суть технологии заключается в том, что специально разработанный компаунд заполняет пространство между печатной платой и корпусом устройства, создавая прочный защитный барьер.

Зачем это нужно:

Повышенная устойчивость к вибрациям и ударам

• Компаунд поглощает и распределяет механическую энергию, снижая нагрузку на компоненты.

• Предотвращает микроперемещения компонентов, которые могут привести к повреждению пайки.

• Увеличивает общую жесткость конструкции, повышая ее устойчивость к деформациям.

Дополнительная защита от влаги и пыли

• Создает герметичный барьер, препятствующий проникновению влаги и пыли внутрь устройства.

• Защищает чувствительные электронные компоненты от коррозии и окисления.

• Повышает надежность устройства при эксплуатации в условиях высокой влажности или запыленности.

Улучшенный отвод тепла от компонентов

• Компаунд обладает теплопроводящими свойствами, способствуя более эффективному распределению тепла.

• Снижает риск локального перегрева отдельных компонентов.

• Способствует более равномерному распределению температуры внутри устройства.

Технология подзаливки особенно полезна в сценариях, связанных с высокими механическими нагрузками, характерными для транспортных средств или промышленного оборудования. Применение угловой заливки значительно повышает надежность и долговечность устройств Transcend, делая их оптимальным выбором для критически важных промышленных применений.

Конформное покрытие

Конформное покрытие — это тонкий защитный слой из акрила, силикона, полиуретана и эпоксидной смолы, который наносится на печатную плату и электронные компоненты накопителей. В зависимости от используемого вещества он защищает их от влаги и конденсата, повышает устойчивость к к химическим воздействиям или обеспечивает дополнительную электрическую изоляцию.

Transcend использует акриловый материал, поставляемый компанией HumiSeal, одного из ведущих производителей материалов для конформного покрытия. Нанесение защитного слоя выполняется по стандартам IPC-A-610D. Эти стандарты устанавливают строгие требования к цветовым характеристикам и толщине покрытия, что гарантирует высокое качество конечного продукта. Убедиться в том, что покрытие нанесено, можно по флуоресцентному компоненту.

Терморегулирование

От прошивки накопителя зависит очень и очень многое. Например, именно она во многом определяет методику терморегулирования. Какие-то устройства вынуждены охлаждаться более интенсивно, а какие-то — менее.

Но поскольку у них отсутствует механизм активного отвода тепла, они используют механизм терморегулирования (Thermal Throttling), которым управляет прошивка.

От нее зависит скорость работы накопителя для достижения оптимального баланса между производительностью и энергопотреблением, а также пиковые значения нагрева устройства, при достижении которых оно начинает замедляться, чтобы избежать перегрева.

Чтобы адаптировать характеристики накопителя под специфические требования заказчика, Transcend предлагает возможность кастомизации прошивки под особенности узкоспециализированного промышленного применения.

Промышленные накопители: преимущества перед бытовыми

Промышленные продукты, по крайней мере, производства Transcend, представляют собой высокотехнологичные решения, разработанные с учетом самых строгих требований к надежности, долговечности и производительности. Использование передовых технологий, таких как 112-слойная 3D NAND флеш-память BiCS5, SLC-режим, механизмы защиты от потери питания и возможности кастомизации, делает эти устройства оптимальным выбором для широкого спектра промышленных применений.

Итак, подведем итоги: ключевые преимущества промышленных продуктов Transcend — это

1. Повышенная долговечность благодаря использованию передовых технологий производства и материалов

2. Высокая надежность, обеспеченная расширенным температурным диапазоном и защитой от различных внешних воздействий

3. Стабильность работы, гарантированная технологиями защиты от потери питания

4. Гибкость применения за счет возможностей кастомизации как аппаратной части, так и прошивки

Эти характеристики позволяют применять профессиональные накопители Transcend в таких областях, как промышленная автоматизация, медицинское оборудование, транспортные системы, аэрокосмическая отрасль, телекоммуникационное оборудование, системы безопасности и видеонаблюдения и так далее.

К тому же промышленные решения Transcend по-прежнему сопровождаются гарантией долгосрочной поддержки и стабильности поставок, что критически важно для долгосрочных промышленных проектов, особенно в России. Учитывая, что компания является одним из лидеров в сегменте промышленных накопителей, от Trancend стоит ждать новых технологий в данной сфере. Каких именно? Думаю, мы узнаем в ближайшем будущем.