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Le Computer On Module (COM) est le format matériel le plus largement adopté pour l'informatique embarquée sur les marchés de l'équipement militaire, des transports, de la médecine, du divertissement, des réseaux et de l'équipement industriel. La popularité du format COM est le résultat de ses nombreux avantages, notamment un développement plus rapide du système embarqué, une réduction des risques et des coûts et la liberté de personnaliser le système. L'utilisation d'un COM dans un facteur de forme standard facilite également la mise à niveau ou le remplacement de la technologie sur les fonds de panier et les cartes porteuses.
En raison du faible encombrement des facteurs de forme COM standard, les fabricants COM s'efforcent de sélectionner une technologie de stockage de données compacte. Un dispositif à l'échelle de la puce tel qu'un SSD BGA est un format miniature et attrayant, mais dans le passé, le prix relativement élevé et volatil des SSD BGA dissuadait les fabricants de les utiliser. Au lieu de cela, la plupart des fabricants ont intégré une prise ou ajouté un connecteur pour une carte SD ou CompactFlash (CF) appropriée à l'ensemble des fonctions exécutées sur le disque de démarrage.
Plus récemment, de sérieux doutes concernant l'utilisation des cartes SD et CF dans les systèmes embarqués ont émergé. Dans les domaines militaire, médical, de l'automatisation, des transports et autres, d'énormes investissements sont réalisés dans le développement de logiciels fonctionnant sur des systèmes embarqués. Cela signifie qu'il est très coûteux de remplacer une carte COM existante par une nouvelle conception - les cycles de vie des produits de 20 ans ou plus sont courants.
Par conséquent, les fabricants de systèmes embarqués accordent une grande attention à la sécurité et à la longévité des données, et prennent des mesures pour contrer tout facteur susceptible d'interférer avec l'intégrité des données stockées sur un COM. L'inquiétude est également grande quant au risque de vol de données résiduelles laissées dans la mémoire tampon des appareils mis au rebut. Les tentatives pour contrer ce risque en marquant les appareils avec un avertissement sur la sécurité des données lors de leur élimination se sont avérées infructueuses. Cela a relégué au passé l'utilisation de supports amovibles tels que les cartes SD et CF.
Dans le même temps, le coût par gigaoctet du stockage Flash NAND a chuté ces dernières années, rendant les technologies de stockage basées sur la NAND telles que le SSD BGA et eMMC plus attrayantes pour les fournisseurs COM qu'elles ne l'étaient auparavant. En fait, les périphériques de stockage BGA SSD et eMMC sont déjà utilisés dans divers types de formats informatiques embarqués, notamment COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven (Q7) et ETX. La demande croissante pour les dernières technologies informatiques permettant d'exécuter des algorithmes de calcul de pointe industriels de haut niveau a également stimulé la production accrue de produits COM-HPC, qui peuvent tirer parti de la technologie SSD haute performance.
Augmentation soutenue de la demande de SSD BGA embarqués
Jusqu'à présent, la demande de SSD BGA embarqués dans les systèmes COM a augmenté pour diverses raisons.
La première est que les fournisseurs COM se concentrent sur les coûts et le retour sur leurs investissements dans la technologie. Lorsque la technologie SSD est arrivée sur le marché, le coût des périphériques SSD était relativement élevé - le prix du stockage Flash NAND atteignait 40 USD par gigaoctet. De plus, ce prix était volatil en raison des fluctuations du prix de la NAND Flash. Cela a empêché les fournisseurs d'intégrer un SSD comme option de stockage standard pour la carte de module.
Au fil du temps, le coût de la mémoire Flash NAND est tombé à moins de 1 USD par gigaoctet. Cela a rendu le coût, par exemple, d'un mode SLC de 8 Go ou d'un SSD de 32 Go abordable, encourageant les fournisseurs à intégrer un SSD BGA dans une carte COM.
L'autre raison de la croissance de la demande de SSD sur le marché COM est la demande des clients. Dans les applications de qualité industrielle, par exemple, un matériel robuste et une protection des données sont des exigences essentielles. Les cartes SD ou les cartes CF sont facilement amovibles, ce qui rend les données personnelles qu'elles contiennent vulnérables au vol.
Les équipements qui fonctionnent dans des applications militaires ou industrielles doivent également satisfaire à des exigences strictes en matière de tolérance aux températures élevées, aux chocs et aux vibrations et à d'autres phénomènes environnementaux. L'ordinateur hôte et chaque composant à l'intérieur de l'équipement doivent être dimensionnés pour fonctionner sur une large plage de températures, généralement de -40°C à 85°C. Cela s'applique également, bien sûr, aux périphériques de stockage, mais les cartes SD et CF prennent rarement en charge une large plage de températures de fonctionnement.
En outre, lorsque le connecteur d'une carte SD ou CF est utilisé dans des conditions difficiles pendant une longue période, ses performances peuvent être altérées, entraînant une réduction des performances de transfert de données, voire une panne complète. Les produits destinés aux applications industrielles doivent également pouvoir supporter les chocs. Les produits embarqués qui utilisent un SSD BGA fonctionnent bien mieux lorsqu'ils sont exposés aux chocs et aux vibrations qu'une carte SD ou CF.
Un autre facteur sur le marché de l'informatique embarquée est que les fournisseurs de PC industriels (IPC) sont confrontés à une énorme pression concurrentielle qui risque de supprimer les revenus de leurs gammes de produits COM. Pour augmenter ou maintenir leurs bénéfices, les fabricants d'IPC consacrent beaucoup d'efforts à l'intégration de produits qui ajoutent de la valeur, en partie en incorporant sur la carte COM des composants qui auraient pu auparavant être des périphériques externes enfichables. Le stockage est l'un des éléments embarqués les plus vitaux d'un système informatique embarqué : les fournisseurs d'IPC sont toujours à la recherche d'opportunités pour ajouter de la valeur à la fourniture de stockage de leurs produits.
Par exemple, les fournisseurs sélectionnent aujourd'hui des produits SSD BGA qui offrent des fonctionnalités de conception avancées en matière de sécurité et de stabilité qui protègent le système d'exploitation principal et les données de l'utilisateur. Cela garantit que les données ne peuvent pas être facilement corrompues ou supprimées - une capacité qui donne au produit COM un nouvel argument de vente précieux et au fournisseur un avantage concurrentiel important.
Technologies spécialisées de protection des données dans les produits FerriSSD
Cette exigence de maintenir l'intégrité des données stockées est vraie pour de nombreuses implémentations du format COM, dans des applications telles que les systèmes de fabrication industrielle, les plates-formes d'imagerie médicale intelligentes, les panneaux d'affichage numérique, le divertissement et la diffusion, et les équipements militaires. Cela nécessite l'utilisation de systèmes de stockage de données sécurisés qui préviendront le risque d'erreurs imprévisibles ou de perte de données.
Le besoin de protection, de sécurité et de fiabilité des données peut être satisfait en tirant parti de l'ensemble de fonctionnalités et de technologies dédiées du FerriSSD :
Protection du chemin de données de bout en bout
Les FerriSSD intègrent une détection complète des erreurs de données avec des moteurs de récupération pour fournir une meilleure intégrité des données tout au long du chemin de données Host-to-NAND-to-Host. L'algorithme de récupération de données FerriSSD peut détecter efficacement toute erreur dans le chemin des données SSD, y compris les erreurs matérielles (c'est-à-dire ASIC), les erreurs de micrologiciel et les erreurs de mémoire survenant dans SRAM, DRAM ou NAND (voir Figure 1).
Figure 1 : La protection de bout en bout du chemin de données garantit que les points de transport de données à l'intérieur du SSD sont totalement exempts d'erreurs
Pourquoi se fait-il que, lorsqu'il y a une erreur dans les données, l'algorithme de récupération de données de FerriSSD est immédiatement capable de la détecter ? La raison principale est qu'une fois les données écrites, un ensemble de parité est produit. Lorsque ce lot de données sera lu, FerriSSD calculera, une fois de plus, sa parité. Si la première parité ne correspond pas à la seconde, il transmettra un indicateur d'erreur à l'hôte pour un traitement de récupération approprié. En comparaison, les SSD conventionnels transmettent les données défectueuses à l'hôte sans indicateur d'erreur, ce qui aggrave le problème initial en omettant d'alerter l'hôte de la nécessité d'un traitement de récupération des erreurs.
Protection active : IntelligentScanTM & ; DataRefreshTM
Ces deux technologies sont des méthodes d'autotest et d'autocontrôle. L'exécution des commandes "écrire" et "lire" sur une cellule NAND est essentiellement un processus de décharge et de charge électriques. Supposons qu'une nouvelle cellule NAND stocke 100 électrons lorsqu'elle est écrite. Au fil du temps, des événements d'écriture et d'effacement répétés vont volatiliser la cellule, réduisant la capacité de la cellule, de sorte que le nombre d'électrons stockés par une commande d'écriture peut tomber de 100 à 80, puis 70, puis 60, et tellement qu'il tombe en dessous d'un seuil critique, le contrôleur va ne pourra plus lire correctement les données, ce qui entraînera une perte ou une corruption des données. La fonction IntelligentScan est chargée de vérifier si la charge stockée est descendue en dessous de sa valeur seuil. Si c'est le cas, il lit le bit de données et le réécrit via le moteur ECC, et
DataRefresh recharge la cellule pour restaurer la tension de la cellule NAND au niveau correct (voir Figure 2).
Figure 2 : IntelligentScan et amp ; Les fonctions DataRefresh peuvent détecter les facteurs à haut risque avant que les données ne soient perdues
Protection passive : Utilisation de la parité NANDXtend® pour corriger la technologie ECC
FerriSSD combine le moteur de correction de code d'erreur LDPC haute performance breveté par Silicon Motion et la fonction RAID, qui offre de multiples avantages. Premièrement, il améliore la fiabilité du produit, et deuxièmement, il étend considérablement le cycle de programmation/effacement (P/E) et prolonge la durée de vie du support de stockage Flash NAND du SSD. De plus, NANDXtend peut aider à augmenter la capacité de stockage des données et à réduire les erreurs de données causées par le fonctionnement à haute température (voir Figure 3).
Figure 3 : Le NANDXtend breveté de Silicon Motion est capable d'améliorer la fiabilité des produits SSD
Protection des données utilisateur
Silicon Motion s'investit profondément dans le renforcement de la sécurité des données pour contrer le risque de piratage. Il n'applique pas seulement ses propres méthodes ou suit les réglementations de protection des données publiques sur le marché (telles que Full Disk Encryption/TCG Opal 2.0) comme référence opérationnelle. Les clients ayant un besoin plus élevé de protection des données sensibles craignent souvent que les réglementations publiques sur la protection des données soient facilement piratables. Ils préfèrent créer leurs propres mesures de protection de sécurité, comme l'ajout d'une puce auxiliaire personnalisée (voir Figure 4). Cela contrôle le flux de communication et de coopération avec FerriSSD, autorisant le périphérique de stockage à accepter, recevoir ou envoyer des données tout en maintenant une sécurité totale.
Figure 4 : Des puces compagnons personnalisées sont ajoutées pour améliorer la sécurité des données sensibles
Protection robuste du micrologiciel avec signature numérique sécurisée
FerriSSD prend en charge les systèmes sécurisés de vérification de signature numérique. Cette fonction est identique à l'ajout des mots de passe de sécurité de Silicon Motion pour les équipements clients. Lorsque le micrologiciel est mis à jour, il permet aux parties concernées de passer par un processus de vérification de mot de passe à l'aide de l'algorithme de FerriSSD pour produire un ensemble de codes de vérification inaccessibles aux pirates (voir Figure 5). Si des pirates créent un programme malveillant pour forcer une mise à jour du micrologiciel dans le produit final, il est incapable de produire le code de vérification et la tentative de mise à jour malveillante échoue.
Figure 5 : FerriSSD maintient la sécurité du démarrage via une signature numérique sécurisée
Évaluation à 100 % pour garantir un faible dPPM
Les fabricants COM exigent une large plage de températures de fonctionnement allant de -40 °C à 85 °C. Avant que les produits FerriSSD ne soient expédiés de l'entrepôt, un test de température strict a lieu comme spécifié par les clients (voir Figure 6). Cela se traduit par des taux de dPPM très bas, en ligne avec les exigences des clients pour une fiabilité très élevée.
Figure 6 : Pour atteindre le dPPM le plus bas, les produits FerriSSD sont soumis à un test de température strict
En résumé, la baisse des coûts NAND, l'augmentation de la demande de stabilité et de protection des données, ainsi que le désir croissant des fournisseurs COM d'intégrer des produits de grande valeur dans la carte COM, signifient que le SSD BGA est devenu un produit préféré sur le marché COM d'aujourd'hui. Cela est particulièrement vrai pour les produits SSD qui incluent des fonctionnalités de protection des données et de fiabilité du stockage.
L'inclusion d'une protection de bout en bout du chemin des données et d'une protection active/passive pour les données des utilisateurs et du micrologiciel offre de grands avantages dans les systèmes informatiques embarqués.
Le FerriSSD de Silicon Motion s'est imposé comme le composant de stockage idéal pour les modules informatiques embarqués grâce à sa mise en œuvre de tests de température complets et aux faibles taux de dPPM qui en résultent. Le stockage FerriSSD est désormais le choix préféré des produits COM pour les applications militaires, de transport, médicales, de divertissement, de mise en réseau, d'automatisation industrielle et de nombreuses autres applications.
https://www.siliconmotion.com/product/Ferri-Embedded-Storage.html ou envoyez un e-mail à ferri@siliconmotion.com
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Jason Chien
Directeur Marketing Produit
Jason Chien est le directeur marketing des produits de stockage embarqués chez Silicon Motion. Il est titulaire d'un B.S. de l'Université de Washington.
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