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O Computer On Module (COM) é o formato de hardware mais amplamente adotado para computação embarcada nos mercados militar, de transporte, médico, de entretenimento, de rede e de equipamentos industriais. A popularidade do formato COM é resultado de suas muitas vantagens, que incluem desenvolvimento mais rápido de sistemas embarcados, redução de riscos e custos e liberdade para customizar o sistema. O uso de um COM em um fator de forma padrão também facilita a atualização ou substituição da tecnologia em backplanes e placas transportadoras.
Devido ao tamanho pequeno dos fatores de forma COM padrão, os fabricantes de COM se esforçam muito para selecionar uma tecnologia de armazenamento de dados compacta. Um dispositivo em escala de chip, como um SSD BGA, é um formato em miniatura e atraente, mas, no passado, o preço relativamente alto e volátil dos SSDs BGA impedia os fabricantes de usá-los. Em vez disso, a maioria dos fabricantes incorporou um soquete ou adicionou um conector para um cartão SD ou CompactFlash (CF) adequado ao conjunto de funções executadas no disco de inicialização.
Mais recentemente surgiram sérias dúvidas sobre o uso de cartões SD e CF em sistemas embarcados. Nas áreas militar, médica, automação, transporte e outras, grandes investimentos são feitos no desenvolvimento de software para rodar em sistemas embarcados. Isso significa que é muito caro substituir uma placa COM existente por um novo design – ciclos de vida do produto de 20 anos ou mais são comuns.
Como resultado, os fabricantes de sistemas embarcados prestam muita atenção à segurança e longevidade dos dados e tomam medidas para combater quaisquer fatores que possam interferir na integridade dos dados armazenados em um COM. Há também um alarme considerável sobre o risco de roubo de dados residuais deixados no buffer de memória de dispositivos descartados. As tentativas de combater esse risco marcando os dispositivos com um aviso sobre a segurança dos dados no descarte não tiveram sucesso. Isso consignou o uso de mídias removíveis, como cartões SD e CF, ao passado.
Ao mesmo tempo, o custo por gigabyte de armazenamento NAND Flash caiu nos últimos anos, tornando as tecnologias de armazenamento baseadas em NAND, como o SSD BGA e o eMMC, mais atraentes para os fornecedores de COM do que antes. Na verdade, os dispositivos de armazenamento BGA SSD e eMMC já estão em uso em vários tipos de formato de computador integrado, incluindo COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven (Q7) e ETX. A crescente demanda pela tecnologia de computação mais recente para executar algoritmos de computação de borda industrial de alto nível também estimulou o aumento da produção de produtos COM-HPC, que podem aproveitar a tecnologia SSD de alto desempenho.
Aumento sustentado na demanda por SSDs BGA integrados
Até o momento, a demanda por SSDs BGA integrados em sistemas COM tem aumentado por vários motivos.
A primeira é que os fornecedores de COM estão voltando seu foco para os custos e o retorno de seus investimentos em tecnologia. Quando a tecnologia SSD chegou ao mercado, o custo dos dispositivos SSD era relativamente alto – o preço do armazenamento NAND Flash chegava a US$ 40 por gigabyte. Além disso, esse preço era volátil devido às oscilações no preço do NAND Flash. Isso fez com que os fornecedores não desejassem incorporar um SSD como opção de armazenamento padrão para a placa do módulo.
Com o tempo, o custo do NAND Flash caiu para muito menos de US$ 1 por gigabyte. Isso tornou o custo de, por exemplo, um SLCmode de 8 GB ou um SSD de 32 GB acessível, incentivando os fornecedores a incorporar um SSD BGA em uma placa COM.
A outra razão para o crescimento da demanda por SSDs no mercado COM é a demanda do cliente. Em aplicações de nível industrial, por exemplo, hardware robusto e proteção de dados são requisitos essenciais. Os cartões SD ou CF são facilmente removíveis, o que torna os dados pessoais neles vulneráveis a roubo.
Os equipamentos que operam em aplicações militares ou industriais também devem atender a requisitos rígidos de tolerância a altas temperaturas, choque e vibração e outros fenômenos ambientais. O host do computador e todos os componentes dentro do equipamento precisam ser classificados para operação em uma ampla faixa de temperatura, geralmente de -40°C a 85°C. Isso se aplica igualmente, é claro, a dispositivos de armazenamento, mas os cartões SD e CF raramente suportam uma ampla faixa de temperatura operacional.
Além disso, quando o conector de um cartão SD ou CF é usado em condições adversas por um longo período de tempo, seu desempenho pode ser prejudicado, resultando em desempenho reduzido de transferência de dados ou até mesmo falha completa. Os produtos para aplicações de nível industrial também precisam ser capazes de lidar com choques. Os produtos integrados que usam um SSD BGA têm um desempenho muito melhor quando expostos a choques e vibrações do que um cartão SD ou CF.
Outro fator no mercado de computação embarcada é que os fornecedores de PC industrial (IPC) enfrentam uma enorme pressão competitiva que corre o risco de suprimir sua receita de suas linhas de produtos COM. Para aumentar ou manter o lucro, os fabricantes de IPC dedicam grande esforço à integração de produtos que agregam valor, em parte incorporando na placa COM componentes que antes poderiam ser externos, dispositivos plug-in. O armazenamento é um dos elementos integrados mais vitais de um sistema de computação embarcado: os fornecedores de IPC estão sempre procurando oportunidades para agregar valor ao fornecimento de armazenamento de seus produtos.
Por exemplo, os fornecedores de hoje estão selecionando produtos BGA SSD que oferecem recursos avançados de design de segurança e estabilidade que protegem o sistema operacional principal e os dados do usuário. Isso garante que os dados não sejam facilmente corrompidos ou excluídos – um recurso que dá ao produto COM um novo ponto de venda valioso e ao fornecedor uma importante vantagem competitiva.
Tecnologias especializadas de proteção de dados em produtos FerriSSD
Este requisito para manter a integridade dos dados armazenados é verdadeiro para muitas implementações do formato COM, em aplicações como sistemas de manufatura industrial, plataformas de imagens médicas inteligentes, placas de exibição digital, entretenimento e transmissão e equipamentos militares. Isso exige o uso de sistemas de armazenamento de dados seguros que evitarão o risco de erros imprevisíveis ou perda de dados.
A necessidade de proteção de dados, segurança e confiabilidade pode ser atendida aproveitando o conjunto de recursos e tecnologias dedicados do FerriSSD:
Proteção de caminho de dados de ponta a ponta
Os FerriSSDs incorporam detecção completa de erros de dados com mecanismos de recuperação para fornecer integridade de dados aprimorada em todo o caminho de dados de host para NAND para host. O algoritmo de recuperação de dados FerriSSD pode detectar efetivamente qualquer erro no caminho de dados do SSD, incluindo erros de hardware (ou seja, ASIC), erros de firmware e erros de memória decorrentes de SRAM, DRAM ou NAND (consulte a Figura 1).
Figura 1: A proteção de caminho de dados de ponta a ponta garante que os pontos de transporte de dados dentro do SSD estejam completamente livres de erros
Por que, quando há um erro nos dados, o algoritmo de recuperação de dados do FerriSSD é capaz de detectá-lo imediatamente? A principal razão é que uma vez que os dados são escritos, um conjunto de paridades é produzido. Quando este lote de dados for lido, o FerriSSD irá, mais uma vez, calcular sua paridade. Se a primeira paridade não corresponder à última, ela passará um sinalizador de erro para o host para o processamento de recuperação apropriado. Em comparação, os SSDs convencionais passam dados defeituosos para o host sem um sinalizador de erro, exacerbando o problema inicial ao não alertar o host sobre a necessidade de processamento de recuperação de erro.
Proteção ativa: IntelligentScanTM & DataRefreshTM
Essas duas tecnologias são métodos de autoteste e automonitoramento. A execução dos comandos “escrever” e “ler” em uma célula NAND é basicamente um processo de descarga e carga elétrica. Vamos supor que uma nova célula NAND armazene 100 elétrons quando gravada. Com o tempo, eventos repetidos de gravação e apagamento irão volatilizar a célula, reduzindo a capacitância da célula, de modo que o número de elétrons armazenados por um comando de gravação pode cair de 100 para 80, depois 70, depois 60 e tanto que cai abaixo de um limite crítico, o controlador irá não será mais capaz de ler os dados corretamente, resultando em perda ou corrupção de dados. A função IntelligentScan é responsável por verificar se a carga armazenada caiu abaixo de seu valor limite. Se tiver, ele lê o bit de dados e o reescreve por meio do mecanismo ECC e
DataRefresh recarrega a célula para restaurar a voltagem da célula NAND para o nível correto (consulte a Figura 2).
Figura 2: IntelligentScan & As funções DataRefresh podem detectar fatores de alto risco antes que os dados sejam perdidos
Proteção passiva: usando a paridade NANDXtend® para corrigir a tecnologia ECC
FerriSSD combina o mecanismo de correção de código de erro LDPC de alto desempenho patenteado pela Silicon Motion e a função RAID, que oferece vários benefícios. Em primeiro lugar, aumenta a confiabilidade do produto e, em segundo lugar, aumenta consideravelmente a classificação do ciclo Program/Erase (P/E) e prolonga a vida útil do meio de armazenamento NAND Flash do SSD. Além disso, o NANDXtend pode ajudar a aumentar a capacidade de armazenamento de dados e reduzir os erros de dados causados pela operação em alta temperatura (consulte a Figura 3).
Figura 3: o NANDXtend patenteado da Silicon Motion pode aumentar a confiabilidade dos produtos SSD
Proteção de dados do usuário
A Silicon Motion investe profundamente no fortalecimento da segurança dos dados para combater o risco de hackers. Não aplica apenas métodos próprios ou segue as regulamentações de proteção de dados públicos do mercado (como Full Disk Encryption/TCG Opal 2.0) como seu benchmark operacional. Os clientes com maior necessidade de proteção de dados confidenciais geralmente se preocupam com o fato de os regulamentos de proteção de dados públicos serem facilmente invadidos. Eles preferem criar suas próprias medidas de proteção de segurança, como a adição de um chip auxiliar personalizado (ver Figura 4). Isso controla o fluxo de comunicação e cooperação com o FerriSSD, autorizando o dispositivo de armazenamento a aceitar, receber ou enviar dados, mantendo total segurança.
Figura 4: Chips complementares personalizados são adicionados para aumentar a segurança de dados confidenciais
Proteção robusta de firmware com assinatura digital segura
FerriSSD suporta sistemas seguros de verificação de assinatura digital. Esta função é idêntica à adição de senhas de segurança da Silicon Motion para equipamentos clientes. Quando o firmware está sendo atualizado, ele permite que as partes envolvidas passem por um processo de verificação de senha usando o algoritmo FerriSSD para produzir um conjunto de códigos de verificação inacessíveis aos hackers (consulte a Figura 5). Se os hackers criarem um programa malicioso para forçar uma atualização de firmware no produto final, ele não conseguirá produzir o código de verificação e a tentativa de atualização maliciosa falhará.
Figura 5: FerriSSD mantém a segurança de inicialização por meio de assinatura digital segura
Avaliação de 100% para garantir baixo dPPM
Os fabricantes de COM exigem uma ampla faixa de temperatura operacional de -40°C a 85°C. Antes que os produtos FerriSSD sejam enviados do armazém, um rigoroso teste de temperatura ocorre conforme especificado pelos clientes (consulte a Figura 6). Isso resulta em taxas dPPM muito baixas, de acordo com os requisitos do cliente para confiabilidade muito alta.
Figura 6: Para atingir o menor dPPM, os produtos FerriSSD são submetidos a um rigoroso teste de temperatura
Em resumo, a redução dos custos de NAND, o aumento na demanda por estabilidade e proteção de dados, juntamente com o desejo crescente dos fornecedores de COM de integrar produtos de alto valor à placa COM, significa que o BGA SSD tornou-se um produto favorito no mercado de COM de hoje. Isso é especialmente verdadeiro para produtos SSD que incluem proteção de dados e recursos de confiabilidade de armazenamento.
A inclusão de proteção de caminho de dados de ponta a ponta e proteção ativa/passiva para dados de usuários e de firmware oferece grandes benefícios em sistemas de computação embarcados.
O FerriSSD da Silicon Motion agora se estabeleceu como o componente de armazenamento ideal para módulos de computação embarcados por meio de sua implementação de testes de temperatura abrangentes e as baixas taxas de dPPM resultantes. O armazenamento FerriSSD é agora a escolha preferida para produtos COM para aplicações militares, de transporte, médicas, de entretenimento, de rede, de automação industrial e muitas outras.
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Sobre o Editor
Jason Chien
Diretor de Marketing de Produto
Jason Chien é o diretor de marketing de produtos de armazenamento integrado da Silicon Motion. Ele tem mais de 13 anos em planejamento de produtos e promoção de marketing mundial, gerenciando a linha de produtos da família Ferri da marca Silicon Motion. Ele é bacharel pela Universidade de Washington.
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