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Computer On Module (COM) es el formato de hardware más ampliamente adoptado para la computación integrada en los mercados militar, de transporte, médico, de entretenimiento, de redes y de equipos industriales. La popularidad del formato COM es el resultado de sus muchas ventajas, que incluyen un desarrollo más rápido del sistema integrado, reducción de riesgos y costos, y la libertad de personalizar el sistema. El uso de un COM en un factor de forma estándar también facilita la actualización o el reemplazo de la tecnología en backplanes y placas portadoras.
Debido al tamaño reducido de los factores de forma COM estándar, los fabricantes de COM se esfuerzan mucho para seleccionar una tecnología de almacenamiento de datos compacta. Un dispositivo a escala de chip como un SSD BGA es un formato en miniatura y atractivo, pero en el pasado, el precio relativamente alto y volátil de los SSD BGA disuadía a los fabricantes de usarlos. En su lugar, la mayoría de los fabricantes incorporaron un zócalo o agregaron un conector para una tarjeta SD o CompactFlash (CF) adecuada para el conjunto de funciones que se ejecutan en el disco de arranque.
Más recientemente, han surgido serias dudas sobre el uso de tarjetas SD y CF en sistemas integrados. En los campos militar, médico, de automatización, de transporte y otros, se realizan grandes inversiones en el desarrollo de software para ejecutarse en sistemas integrados. Esto significa que es muy costoso reemplazar una placa COM existente con un nuevo diseño: son comunes los ciclos de vida del producto de 20 años o más.
Como resultado, los fabricantes de sistemas integrados prestan gran atención a la seguridad y longevidad de los datos, y toman medidas para contrarrestar cualquier factor que pueda interferir con la integridad de los datos almacenados en un COM. También existe una alarma considerable sobre el riesgo de robo de datos residuales que quedan en la memoria intermedia de los dispositivos desechados. Los intentos de contrarrestar este riesgo marcando los dispositivos con una advertencia sobre la seguridad de los datos en el momento de la eliminación han resultado infructuosos. Esto ha relegado al pasado el uso de medios extraíbles como tarjetas SD y CF.
Al mismo tiempo, el costo por gigabyte del almacenamiento NAND Flash ha disminuido en los últimos años, lo que hace que las tecnologías de almacenamiento basadas en NAND, como BGA SSD y eMMC, sean más atractivas que antes para los proveedores de COM. De hecho, los dispositivos de almacenamiento BGA SSD y eMMC ya están en uso en varios tipos de formato de computadora integrada, incluidos COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven (Q7) y ETX. La creciente demanda de la última tecnología informática para ejecutar algoritmos de computación perimetral industrial de alto nivel también ha estimulado el aumento de la producción de productos COM-HPC, que pueden aprovechar la tecnología SSD de alto rendimiento.
Aumento sostenido de la demanda de SSD BGA integrados
Hasta el momento actual, entonces, la demanda de SSD BGA integrados en sistemas COM ha ido en aumento por varias razones.
La primera es que los proveedores de COM se están enfocando en los costos y en el retorno de sus inversiones en tecnología. Cuando la tecnología SSD llegó por primera vez al mercado, el costo de los dispositivos SSD era relativamente alto: el precio del almacenamiento NAND Flash llegaba a los 40 dólares estadounidenses por gigabyte. Además, este precio era volátil debido a las oscilaciones del precio de NAND Flash. Esto hizo que los proveedores no estuvieran dispuestos a incorporar una SSD como la opción de almacenamiento estándar para la placa del módulo.
Con el tiempo, el costo de NAND Flash se redujo a mucho menos de 1 dólar por gigabyte. Esto hizo que el costo de, por ejemplo, un modo SLC de 8 GB o un SSD de 32 GB fuera asequible, lo que alentó a los proveedores a integrar un SSD BGA en una placa COM.
La otra razón del crecimiento de la demanda de SSD en el mercado COM es la demanda de los clientes. En aplicaciones de grado industrial, por ejemplo, un hardware robusto y la protección de datos son requisitos esenciales. Las tarjetas SD o CF son fácilmente extraíbles, lo que hace que los datos personales que contienen sean vulnerables al robo.
Los equipos que funcionan en aplicaciones militares o industriales también deben cumplir requisitos estrictos de tolerancia a altas temperaturas, golpes y vibraciones y otros fenómenos ambientales. El host de la computadora y todos los componentes dentro del equipo deben estar clasificados para operar en un amplio rango de temperatura, generalmente de -40 °C a 85 °C. Esto se aplica igualmente, por supuesto, a los dispositivos de almacenamiento, pero las tarjetas SD y CF rara vez admiten un amplio rango de temperatura de funcionamiento.
Además, cuando el conector a una tarjeta SD o CF se utiliza en condiciones adversas durante un período prolongado, su rendimiento puede verse afectado, lo que da como resultado una reducción del rendimiento de la transferencia de datos o incluso una falla total. Los productos para aplicaciones de grado industrial también deben poder soportar impactos. Los productos integrados que utilizan una SSD BGA funcionan mucho mejor cuando se exponen a golpes y vibraciones que una tarjeta SD o CF.
Otro factor en el mercado de la informática integrada es que los proveedores de PC industriales (IPC) se enfrentan a una enorme presión competitiva que corre el riesgo de suprimir los ingresos de sus líneas de productos COM. Para aumentar o mantener las ganancias, los fabricantes de IPC dedican un gran esfuerzo a la integración de productos que agregan valor, en parte al incorporar en la placa COM componentes que anteriormente podrían haber sido dispositivos externos enchufables. El almacenamiento es uno de los elementos integrados más vitales de un sistema informático integrado: los proveedores de IPC siempre buscan oportunidades para agregar valor a la provisión de almacenamiento de sus productos.
Por ejemplo, los proveedores de hoy en día están seleccionando productos SSD BGA que ofrecen características de diseño avanzadas de seguridad y estabilidad que protegen el sistema operativo central y los datos del usuario. Esto garantiza que los datos no se corrompan ni eliminen fácilmente, una capacidad que le da al producto COM un nuevo y valioso punto de venta y al proveedor una importante ventaja competitiva.
Tecnologías de protección de datos especializadas en productos FerriSSD
Este requisito de mantener la integridad de los datos almacenados se aplica a muchas implementaciones del formato COM, en aplicaciones como sistemas de fabricación industrial, plataformas de imágenes médicas inteligentes, tableros de visualización digital, entretenimiento y transmisión, y equipos militares. Esto requiere el uso de sistemas seguros de almacenamiento de datos que eviten el riesgo de errores impredecibles o pérdida de datos.
La necesidad de protección de datos, seguridad y confiabilidad puede satisfacerse aprovechando el conjunto de funciones y tecnologías dedicadas de FerriSSD:
Protección de ruta de datos de extremo a extremo
FerriSSD incorpora detección completa de errores de datos con motores de recuperación para proporcionar una integridad de datos mejorada en toda la ruta de datos de host a NAND a host. El algoritmo de recuperación de datos de FerriSSD puede detectar con eficacia cualquier error en la ruta de datos SSD, incluidos errores de hardware (es decir, ASIC), errores de firmware y errores de memoria que surjan en SRAM, DRAM o NAND (consulte la Figura 1).
Figura 1: la protección de ruta de datos de extremo a extremo garantiza que los puntos de transporte de datos dentro de la SSD estén completamente libres de errores
¿Por qué, cuando hay un error en los datos, el algoritmo de recuperación de datos de FerriSSD puede detectarlo inmediatamente? La razón principal es que una vez que se escriben los datos, se produce un conjunto de paridad. Cuando se vaya a leer este lote de datos, FerriSSD, una vez más, calculará su paridad. Si la paridad anterior no coincide con la última, pasará un indicador de error al host para el procesamiento de recuperación adecuado. En comparación, los SSD convencionales pasan datos defectuosos al host sin un indicador de error, lo que exacerba el problema inicial al no alertar al host sobre la necesidad de un procesamiento de recuperación de errores.
Protección activa: IntelligentScanTM & Actualización de datosTM
Estas dos tecnologías son métodos de autoevaluación y autosupervisión. La ejecución de comandos de "escritura" y "lectura" en una celda NAND es básicamente un proceso de descarga y carga eléctrica. Supongamos que una nueva celda NAND almacena 100 electrones cuando se escribe. Con el tiempo, los eventos repetidos de escritura y borrado volatilizarán la celda, reduciendo la capacitancia de la celda, de modo que la cantidad de electrones almacenados por un comando de escritura puede caer de 100 a 80, luego a 70, luego a 60, y tanto que cae por debajo de un umbral crítico, el controlador ya no podrá leer los datos correctamente, lo que provocará la pérdida o corrupción de los datos. La función IntelligentScan se encarga de comprobar si la carga almacenada ha descendido por debajo de su valor umbral. Si es así, lee el bit de datos y lo vuelve a escribir a través del motor ECC, y
DataRefresh recarga la celda para restaurar el voltaje de la celda NAND al nivel correcto (consulte la figura 2).
Figura 2: IntelligentScan & Las funciones DataRefresh pueden detectar factores de alto riesgo antes de que se pierdan los datos
Protección pasiva: Uso de la paridad NANDXtend® para corregir la tecnología ECC
FerriSSD combina el motor de corrección de códigos de error LDPC de alto rendimiento patentado por Silicon Motion y la función RAID, lo que brinda múltiples beneficios. En primer lugar, mejora la confiabilidad del producto y, en segundo lugar, amplía en gran medida la calificación del ciclo Programar/Borrar (P/E) y prolonga la vida útil del medio de almacenamiento NAND Flash de la SSD. Además, NANDXtend puede ayudar a aumentar la capacidad de almacenamiento de datos y reducir los errores de datos causados por la operación a alta temperatura (consulte la Figura 3).
Figura 3: NANDXtend patentado de Silicon Motion puede aumentar la confiabilidad de los productos SSD
Protección de Datos de Usuario
Silicon Motion está muy comprometido con el fortalecimiento de la seguridad de los datos para contrarrestar el riesgo de piratería. No solo aplica sus propios métodos o sigue las normas de protección de datos públicos del mercado (como Full Disk Encryption/ TCG Opal 2.0) como referencia operativa. Los clientes con una mayor necesidad de protección de datos confidenciales a menudo se preocupan de que las regulaciones de protección de datos públicos sean fácilmente pirateables. Prefieren crear sus propias medidas de protección de seguridad, como la adición de un chip auxiliar personalizado (ver Figura 4). Esto controla el flujo de comunicación y cooperación con FerriSSD, autorizando al dispositivo de almacenamiento a aceptar, recibir o enviar datos manteniendo una seguridad completa.
Figura 4: Se agregan chips complementarios personalizados para mejorar la seguridad de los datos confidenciales
Protección robusta de firmware con firma digital segura
FerriSSD admite sistemas seguros de verificación de firmas digitales. Esta función es idéntica a la adición de frases de contraseña de seguridad de Silicon Motion para el equipo del cliente. Cuando se actualiza el firmware, permite que las partes involucradas pasen por un proceso de verificación de contraseña utilizando el algoritmo de FerriSSD para producir un conjunto de códigos de verificación que son inaccesibles para los piratas informáticos (consulte la Figura 5). Si los piratas informáticos crean un programa malicioso para forzar una actualización de firmware en el producto final, no puede generar el código de verificación y el intento de actualización maliciosa falla.
Figura 5: FerriSSD mantiene la seguridad de arranque a través de una firma digital segura
Evaluación del 100 % para garantizar una dPPM baja
Los fabricantes de COM requieren un amplio rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a 85 °C. Antes de que los productos FerriSSD se envíen desde el almacén, se realiza una estricta prueba de temperatura según lo especificado por los clientes (consulte la Figura 6). Esto da como resultado tasas de dPPM muy bajas, en línea con los requisitos del cliente para una confiabilidad muy alta.
Figura 6: Para alcanzar el dPPM más bajo, los productos FerriSSD están sujetos a una estricta prueba de temperatura
En resumen, la reducción de los costos de NAND, el aumento de la demanda de estabilidad y protección de datos, junto con el creciente deseo de los proveedores de COM de integrar productos de alto valor en la placa COM, significa que el SSD BGA se ha convertido en un producto favorito en el mercado COM actual. Esto es especialmente cierto en el caso de los productos SSD que incluyen funciones de protección de datos y confiabilidad del almacenamiento.
La inclusión de protección de ruta de datos de extremo a extremo y protección activa/pasiva para los datos de los usuarios y el firmware ofrece grandes beneficios en los sistemas informáticos integrados.
FerriSSD de Silicon Motion ahora se ha establecido como el componente de almacenamiento ideal para módulos informáticos integrados a través de su implementación de pruebas de temperatura integrales y las bajas tasas de dPPM resultantes. El almacenamiento FerriSSD es ahora la opción preferida para productos COM para aplicaciones militares, de transporte, médicas, de entretenimiento, de redes, de automatización industrial y muchas otras.
https://www.siliconmotion.com/product/Ferri-Embedded-Storage.html o envíe un correo electrónico a ferri@siliconmotion.com
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PCIe NVMe FerriSSD® https://www.siliconmotion.com/download/3HC/a/PCIe_NVMe_FerriSSD_PB_EN.pdf
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Acerca del editor
Jason Chien
Director de marketing de productos
Jason Chien es el director de marketing de productos de almacenamiento integrado en Silicon Motion. Tiene más de 13 años en la planificación de productos y la promoción de marketing en todo el mundo, gestionando la línea de productos de la familia Ferri de la marca Silicon Motion. Tiene una licenciatura de la Universidad de Washington.
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