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。

USBフラッシュドライブは、民生用および産業用の両方の市場でおなじみのストレージデバイスです。その使いやすさ、幅広い互換性、さまざまなストレージ容量オプションなど、普及の理由はたくさんあります。　産業用ストレージ市場では、工業グレードのUSBフラッシュドライブは、温度、振動、衝撃が予測不可能な厳しい条件下で、ストレージがフェールセーフでなければならない場所で動作するように設計されています。
512MBのUSBフラッシュドライブは、手頃な価格と記憶容量のおかげで、最も人気のあるバージョンの1つです。



512MB USBフラッシュドライブの基本

工業グレードのユーザーの場合、512MBのUSBフラッシュドライブはSLCフラッシュで構成されています。 SLCまたはシングルレベルセルは、セルあたり1ビットのデータしか格納しないため、フラッシュメモリにおいて最も信頼性の高い記録方式です。　各セルには1ビットのデータしかないので、停電や読み書きエラーによるデータの消失などの脆弱性が大幅に軽減されます。　また、非常に迅速な操作も可能で、産業ユーザーにとって理想的です。



512MB USBフラッシュドライブの技術仕様の一部を次に示します。

動作温度：-40〜85℃
保管温度：-50〜85℃
ショック：10g、11msec - 鋸波波形
0〜25℃で200万時間MTBF / 60〜85℃で200,000時間
SLCの読み取り速度：最大32MB /秒
SLC書き込み速度：最大30MB /秒
振動：7.7GRMS、2Hz～1000Hz @ 0.04G2 / Hz / 1000Hz～2000Hz @ 0.01G2 / Hz



512MB USBフラッシュドライブの特長

この便利なストレージフォーマットは、デバイスのキャップを含め、57.6 mmと67.7 mmの2種類の長さがあり、ニーズに合わせて使用​​できます。フラッシュドライブは高速USB 2.0に準拠しており、USB 1.1ポートとの下位互換性もあります。可能な限り長い寿命を確保するために、高度なウェアレベリングとEECが組み込まれています。シリアライゼーションからブランディングまで、数多くのカスタマイズオプションがあります。

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。

一般：

この記事では、高速データ転送をサポートするNAND FLASHコントローラのハードウェアとソフトウェアの最適化について説明します。



データ転送のモード

データ転送モードはアプリケーションによって異なり、多くの場合システム全体のスループットを左右する重要な要素です。

適切に設計された産業用フラッシュメモリーデバイスは、各モードで転送速度を最適化することによって全体的により高い性能を持つことになります。

読み出しと書き込みの両方の転送モードは、シーケンシャルまたはランダムのいずれかになります。　おそらく、書き込み速度、特にランダム書き込み速度が最も扱いにくいと推測することができます。これは、NAND FLASH自体の性質に起因します。



NAND FLASHの基本アーキテクチャ

NANDフラッシュは、以下のように配置されたセルとして構成されます。

セクタ→ページ→ブロック/プレーン

ブロックはフラッシュの中で最大の要素です。ブロックは複数のページで構成されます。ページは、複数のセクタとオーバーヘッドバイトで構成されます。オーバーヘッド領域のサイズは、フラッシュの種類によって異なります。エラー訂正データとチェックサムを保持するのに十分な領域が含まれています。セクタは、512バイト+オーバーヘッドバイトで構成されます。オーバヘッドサイズは、フラッシュで最大であり、小規模プロセスMLCやTLCなどでは多くの訂正が必要とされます。

ブロックは2つの面に分割されます。プレーン0の奇数ブロックはプレーン1の偶数ブロックである。　これには理由があります。 Flashは、各プレーンのブロックに対する同時操作をサポートしています。これは2プレーン操作と呼ばれ、この機能を使用するための一連の特別なコマンドがあります。　例えば、デバイスの各平面内のブロックは、同時に消去することができます。　ほぼすべてのコマンドと同じです。


基本NANDフラッシュ動作

NANDフラッシュはページ・レベルで書き込まれ、ブロック・レベルでしか消去できません。ページは、最低から最高の順に書かなければなりません。 SLCフラッシュ以外のすべてのページでは、ページは1回だけ書き込むことができます。



論理から物理的なフラッシュへのマッ​​ピングスキーム - Flash Translation Layer

フラッシュは、論理データを保存する必要がある物理メディアです。ストレージの基本単位は、セクタまたはLBA（論理ブロックアドレス）です。これは、フラッシュ内の物理セクタにマップする必要があります。これは、FTLのタスクの1つです。

では、どうやってこれを行うことができますか？マッピングには2つの基本的なスキームがあります。 1つはブロックベースマッピング（BBM）と呼ばれ、もう1つはページベースマッピング（PBM）と呼ばれます。 2つの方式のうち、ブロックベースのマッピングが実装が最も簡単です。



BBM（ブロックベースマッピング）

これはランダムデータ書き込みのパフォーマンスが低く、最も一般的です。

これは、ページを新しいデータで上書きする必要がある場合、古いデータを新しいデータとマージし、その結果を新たに消去したブロックに書き込む必要があるからです。現在のブロックは消去され、サービスに戻されます。記憶装置がうまく使用されるように転送速度がどのように低下​​するかを想像することができます。ランダムな書き込み速度はBBMの重要なポイントではありません。シーケンシャル書き込み速度は一般的に良好です。逐次読み取り速度も良好です。 BBMの良い点は、バックグラウンドで実行されたとしても、定期的なオーバーヘッドを招く可能性のあるガベージコレクションが不要なことです。

BBMのマッピングテーブルはPBMのマッピングテーブルよりもずっと小さくなっています。これは、マッピングが基本的にブロック番号とページオフセットであるためです。

PBM（ページベースマッピング）

このマッピング手法では、ブロック消去がはるかに少なくなります。論理データはブロック内のページに順次書き込まれます。ページを上書きする必要がある場合、新しいデータはすでに空いているページに書き込まれます。古いデータページはテーブルにマップされます。最小限のデータ移動とブロック消去があるので、ランダム書き込みの方がはるかに少なくなります。ランダム書き込みパフォーマンスがはるかに優れています。欠点は、フラッシュブロックが断片化し、ある時点で新しい使用のために古いデータのスポットを回復するためにクリーンアップする必要があることです。 （ガベージコレクション）。これには時間がかかることがあり、パフォーマンスが低下する周期的なオーバーヘッドが存在します。読み取りパフォーマンスは、特にガベージコレクションの前に苦しむ可能性があります。これは、セクタ/ページ位置の断片化のためです。過去のある時点でシーケンシャルに書き込まれた可能性のあるセクタも検索するために、マッピングテーブルへのアクセスが増加します。

Write Amplification Factor（WAF）の現象は、両方のマッピング方式で作用します。 BBMは、はるかに高いWAFを持つ2のうち、はるかに最悪です。 WAFは、フラッシュとホストの書き込みの比として定義されます。 1.0に近づくWAFが目標です。

マッピング・スキームとFTLは、ファームウェアの一部です。したがって、スキームの選択は柔軟性があり、最終的なパフォーマンスを決定する上で重要です。



高性能設計のためのフラッシュコントローラのHWおよびFWの考慮事項

私たちは、最終的なパフォーマンスへのマッピングスキームの重要な選択がどれほど重要かを見てきました。しかし、彼はパフォーマンスを決める一面にすぎません。

コントローラ、ファームウェアは組み込みシステムなので、それぞれを真空で設計することはできません。統合とトレードオフがあります。コストとパフォーマンスの関係もあります。

何年もの設計経験から学んだシンプルなルールがあります。 HWで実行できることは、FWで実行されるよりも優れたパフォーマンスになります。一例として、エラー検出および訂正（ECC）のコアは、最小限のFWサポートでHWに実装する必要があります。

実際、一部の機能ではHWの実装が必要です。そのような機能の1つがデータ暗号化である。今日のコントローラでは必要であり、FWのみの実装にはあまりにも多くのオーバーヘッドが必要です。



フラッシュバスに関する考慮事項

これは、設計時に非常に重要なHWの考慮事項です。フラッシュデバイスとのすべての通信は、このバス上で行われます。考慮する項目に影響を与える重要なパフォーマンスがあります。一度HWにコミットすると、変更するのに非常にコストがかかります。だから、これを正しくするには時間を費やすことが重要です。これは、HW / FW統合のトレードオフが行われる1つの領域です。

シングルまたはマルチチャネルFLASHバス

1つ以上のフラッシュバスを使用するとパフォーマンスが向上することは直感的です。これは、コストと消費電力を犠牲にしています。複数のFLASHデバイスをサポートする複数のフラッシュバスを持つことで、HWインターリーブが可能になります。これにより、各チャンネルのFlashページの同時処理が可能になります。チャンネルが多いほど速くなります。これにより、CPUの負担も軽減され、パフォーマンスがさらに向上します。



インターリーブ

各チャネル内では、パフォーマンスがさらに向上します。これには、各チャネル内の複数のフラッシュデバイスでのページアクセスとブロック消去が含まれます。電力および他の制限のために、通常、チャネル内のフラッシュデバイスはペアでアクセスされる。これは主にFWの実装です。

各フラッシュデバイス内で、プレーン間のインタリーブは、2プレーンコマンドセットを使用して可能です。これはFW関数であり、常に使用する必要があります。



その他のパフォーマンスの向上

コントローラHWを設計するときは、これらの項目を慎重に検討することが重要です。

セクタバッファ - フラッシュにコミットするまで、各フラッシュバスチャネルの受信データを保持します。これらの揮発性RAMバッファーの大きさには、ここではトレードオフがあります。電力が失われている間、大きすぎるとデータ損失の可能性が過大になります。小さすぎるとパフォーマンスが低下します。

ダイレクトフラッシュアクセス - セクタバッファからフラッシュデバイスへのダイレクトパスを提供し、CPUの負荷を軽減します。慎重に使用すると、パフォーマンスを向上させる強力なツールになります。

ホストインターフェイス - 適切に設計され、通常はHWステートマシンとして実装されるこのインターフェイスは、着信コマンドを評価し、ダイレクトメモリアクセスを使用して着信データをセクタバッファとの間で転送します。割込みは、一般に、処理が必要なときにCPUに信号を送るために使用されます。インタフェースは、いくつかの機能的変更が可能なようにレジスタを介して構成可能でなければならない。



結論

コントローラHWとFWは、高性能を確保するために注意深く協調設計する必要があります。実用的なほど多くのハードウェアベースの機能を使用することが望まれる。これは、FWのトレードオフと一緒になります。複数フラッシュバスインターリーブ、イントラチャネルインターリーブ、およびイントラデバイスインターリーブ（2プレーンコマンドを使用）の使用はすべて、コントローラおよび記憶装置の最終性能を向上させる。

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。

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。

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。

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。

SD（Secure Digital）カードの基本

SDカードは、MMC（マルチメディア）カードから生成されました。電気的動作とフォームファクタは非常に似ています。 MMCカードは、カード形式で普及しなくなり、SDカードに置き換えられました。 MMCカードには、SDカードに対して1つの大きな利点があります。これは、1フレームあたり8ビットをSDカードに4ビット転送する機能です。 SDには、記録されたコンテンツ保護のためのCPRMセキュアキーがあります。しかし、ロイヤルティーは課金されているので、定期的に使用されていません。

電気的エンティティとしてのMMCは、埋め込まれたMMC（e.MMC）の使用のために保持される。組込みシステム向けに人気があります。



SDには、3つの異なるサイズで利用可能な4つのカードファミリーが含まれています4つの家族は次のとおりです：

標準容量（SDSC）から2GB（4GBまで拡張）

大容量（SDHC）から32GBまで

拡張容量（SDXC）〜2TB-（exFat）

SDIO（I / O機能とデータストレージを組み合わせたもの（SDカード仕様の一部ではない）



SDインタフェースはCF / ATAとはまったく異なります。動作電圧は3.3Vまたは1.8Vで、SDXCは追加されたピンの電圧伝達能力が低くなっています。 SDは、ハイブリッド（パラレル/シリアル）インターフェイスです。

SDカードはSDカードモードまたはSPIモードで動作します。モードは、パワーアップ時にホストデバイスドライバによって決定され、カードに特別なコマンドを送る。 SPIモードは1ビットモードですが、速度は制限されていますが、マイクロコントローラアプリケーションでは一般的です。 SPIインタフェースは、マイクロコントローラでは一般的です。



SDがサポートする3つの基本転送モードがあります。

SPIモード（1ビットのシリアル入力ビットとシリアル出力ビット）

1ビットSDモード双方向（別のコマンド/応答ライン）

4ビットSDモード双方向（別のコマンド/応答ライン）

これに超高速（UHS）モードI、II、IIIを追加します。



低速カードは、0〜400 kbit / sのデータレートとSPIおよび1ビットSD転送モードをサポートします。 SD 2.0カードは、理論上は4ビットモードで12.5 MB / sのデータレートをサポートし、SPIモードおよび1ビットSDモードでは3.125 MB /秒をサポートします。これは25MHzのホストクロックを使用しています。 SD3.0クロック速度を50MHzに上げると、これらの速度が倍増します。 UHSモードでは、DDRクロック、ホストクロック速度がはるかに高速、UHSモードでは低電圧差動信号ピンが追加されてスピードが大幅に向上しました。



SDHC

バージョン2.0ではSDSCカードとSDHCカードの両方に高速バスモードが導入されており、元の標準速度クロックを倍にして25MB /秒を生成します。

SDHCホストデバイスは古いSDカードを受け入れる必要があります。ただし、古いホストデバイスはSDHCまたはSDXCメモリカードを認識しませんが、一部のデバイスではファームウェアをアップグレードすることができます。 Windows 7より前にリリースされた古いWindowsオペレーティングシステムでは、SDHCカードへのアクセスをサポートするためのパッチまたはサービスパックが必要です。


SDXC

2009年1月に発表され、SD仕様のバージョン3.01で定義されているSecure Digital eXtended Capacity（SDXC）フォーマットは、SD 2.0仕様のSDHCカードの場合、最大32TB（2048GB）までのカードをサポートします。 SDXCは、MicrosoftのexFATファイルシステムを必須機能として採用しています。

また、バージョン3.01では、SDHCカードとSDXCカードの両方に超高速（UHS）バスが導入され、4ビットUHS-Iバスのインタフェース速度は50MB /秒から104MB /秒になりました。

2011年6月に導入されたバージョン4.0では、4本のレーン（2つの差動レーン）のUHS-IIバスに対して156MByte / s〜312MByte / sの速度が可能で、

バージョン5.0は、2016年2月にCP + 2016で発表され、8Kなどの高解像度ビデオフォーマットを処理するためのUHSカード用の「ビデオスピードクラス」の評価が追加されました。

exFAT形式のボリュームをマウントできるようにするため、exFATのメイン（FUSEモジュールとして）。ただし、SDXCカードは、ext2、UFS、VFATなどのファイルシステムを使用するように再フォーマットすることができ、exFATの可用性に関連する制限を緩和します。



コマンドインタフェース

SDカードとホストデバイスは、最初は同期1ビットインターフェイスを介して通信します。このインターフェイスでは、ホストデバイスは、SDカードの1ビットを入出力するクロック信号を供給します。これにより、ホスト装置は48ビットのコマンドを送信し、応答を受信する。カードは、応答が遅延することを通知することができるが、ホストデバイスはダイアログを中止することができる。

さまざまなコマンドを発行することによって、ホストデバイスは以下を行うことができます。

SDカードの種類、メモリ容量、および機能を決定します。

カードに異なる電圧、異なるクロック速度、または高度な電気的インタフェースを使用するように命令する

フラッシュメモリに書き込むブロックを受信するか、または指定されたブロックの内容を読み込んで返信するように、カードを準備します。

コマンドインターフェイスは、MultiMediaCard（MMC）インターフェイスの拡張機能です。 SDカードは、MMCプロトコルのコマンドの一部をサポートしなくなりましたが、コピープロテクションに関連するコマンドが追加されました。挿入されたカードのタイプを決定するまで、両方の規格でサポートされているコマンドのみを使用することで、ホストデバイスはSDカードとMMCカードの両方に対応できます。

電気的インターフェース

すべてのSDカードファミリは、最初は3.3Vの電気的インタフェースを使用します。コマンドでは、SDHCおよびSDXCカードは1.8 Vの動作に切り替えることができます。

最初のパワーアップまたはカード挿入時に、ホストデバイスは、ピン1に存在する電圧レベルによって、シリアル周辺インターフェース（SPI）バスまたは1ビットSDバスのいずれかを選択する。その後、ホストデバイスは、 SDカードがサポートしていれば、4ビットSDバスインタフェースです。さまざまなカードタイプに対して、4ビットSDバスのサポートはオプションまたは必須です。

SDカードがそれをサポートしていると判断した後、ホストデバイスはSDカードにより高い転送速度に切り替えるよう命令することもできる。カードの能力を判断するまで、ホストデバイスは400kHzより速いクロック速度を使用すべきではありません。 SDIO以外のSDカードでは、 "Default Speed"クロックレートが25MHzです。ホストデバイスは、カードがサポートする最大クロック速度を使用する必要はありません。電力を節約するために、最大クロック速度よりも低い速度で動作する可能性があります。コマンド間で、ホストデバイスはクロックを完全に停止することができます。



より高いカード速度を達成する

SD仕様では、4ビット幅の転送が定義されています。 （MMC仕様ではこれをサポートしており、8ビット幅のモードを定義しています;拡張ビットのMMCカードは市場で受け入れられませんでした）e.mMCで普及しています。高度なSDファミリは、高速差動インタフェース（UHS-II）でクロック周波数を高速化し、DDRを倍速化することで速度を向上させました。



ファイルシステム

他のタイプのフラッシュメモリカードと同様に、SDファミリのSDカードはブロックアドレス可能な記憶装置であり、ホスト装置はそのブロック番号を指定することによって固定サイズのブロックを読み書きすることができる。 （LBA / SECTOR）



MBRとFAT

ほとんどのSDカードには、1つまたは複数のMBRパーティションがあらかじめフォーマットされて出荷されます。最初または唯一のパーティションにファイルシステムが含まれています。これにより、パーソナルコンピュータのハードディスクのように動作することができます。 SDカードの仕様に従って、SDカードはMBRでフォーマットされ、次のファイルシステムが使用されます。

SDSCカードの場合：

32,680論理セクタ（16 MB未満）未満の容量：パーティションタイプ01hのFAT12。

32,680〜65,535論理セクタの容量（16MB〜32MBの間）：パーティションタイプ04hのFAT16。

少なくとも65,536論理セクタ（32MBより大きい）の容量：パーティションタイプ06hのFAT16B。



SDHCカードの場合：

16,450,560未満の論理セクタ（7.8 GB未満）の容量：パーティションタイプ0BhのFAT32。

少なくとも16,450,560論理セクタ（7.8GBより大きい）の容量：パーティションタイプ0ChのFAT32。



SDXCカードの場合：

パーティションタイプが07hのexFAT - Window独自。



SDカードを使用するほとんどの消費者製品は、このようにパーティション化され、フォーマットされていると考えています。 FAT12、FAT16、FAT16B、およびFAT32のユニバーサルサポートにより、互換性のあるSDリーダーを備えたほとんどのホストコンピュータでSDSCおよびSDHCカードを使用できるようになり、ユーザーに親しみやすい名前付きファイルの方法を階層的なディレクトリツリーに表示できます。

このようなSDカードでは、Mac OS Xの「ディスクユーティリティ」やWindowsのSCANDISKなどの標準ユーティリティプログラムを使用して破損したファイリングシステムを修復し、時には削除されたファイルを回復することができます。このようなカードでは、FATファイルシステムのデフラグツールを使用できます。結果としてファイルを統合すると、ファイルを読み書きするのに必要な時間がわずかに改善されますが、ハードドライブのデフラグに匹敵する改善はありません。複数のフラグメントにファイルを格納するには、駆動ヘッドの動き。さらに、デフラグは、カードの定格寿命と比較してSDカードへの書き込みを実行します。

コンシューマデバイス用のカードの場合は、少なくとも32MB（65536論理セクタ以上）の容量を持つSDカードを2GB以下で再フォーマットする場合は、パーティションタイプが06時間のFAT16Bをお勧めします。 （FAT16Bも4GBカードのオプションですが、広くサポートされていない64kクラスタを使用する必要があります）。 FAT16Bは4GB以上のカードをサポートしていません。

SDXCの仕様では、Microsoft独自のexFATファイルシステムの使用が義務付けられています。これは、独自のオペレーティングシステムによってのみサポートされています。

ホストはSDカードをブロックストレージデバイスとして認識するので、カードにはMBRパーティションや特定のファイルシステムは必要ありません。オペレーティングシステムがサポートするファイルシステムを使用するように、カードを再フォーマットすることができます。例えば：

Windowsでは、SDカードはNTFS、それ以降のバージョンではexFATでフォーマットできます。

macOSの下では、SDカードをGUIDデバイスとしてパーティション化し、HFS PlusまたはAPFSファイルシステムでフォーマットしたり、exFATを使用したりすることができます。

LinuxやFreeBSDなどのUnixライクなオペレーティングシステムでは、UFS、Ext2、Ext3、Ext4、btrfs、HFS Plus、Reiser FS、またはF2FSファイルシステムを使用してSDカードをフォーマットすることができます。さらに、Linuxでは、 "hfsplus"パッケージがインストールされていれば、読み書き用にHFS Plusファイルシステムにアクセスし、 "hfsprogs"をインストールするとパーティション化してフォーマットすることができます。 （これらのパッケージ名はDebian、Ubuntuなどのところでは正しいですが、他のLinuxディストリビューションでは異なるかもしれません。）

上記のいずれかの最新バージョンは、UDFファイルシステムを使用してSDカードをフォーマットできます。

さらに、ライブUSBフラッシュドライブと同様に、SDカードにはオペレーティングシステムがインストールされています。ハードディスクドライブの代わりにSDカード（USBアダプタを使用するか、またはコンピュータのフラッシュメディアリーダーに挿入する）から起動できるコンピュータは、破損したハードディスクドライブから回復することができます。このようなSDカードは、システムの完全性を維持するために書き込みロックすることができます。

SD標準では、上記のMicrosoft FATファイルシステムのみを使用することができ、市販されているカードには、市場に出荷される際に、関連する標準ファイルシステムがプリロードされます。アプリケーションやユーザが非標準のファイルシステムを使用してカードを再フォーマットすると、相互運用性を含むカードの適切な動作が保証されません。

消費電力

SDカードの消費電力は、速度モード、製造元、モデルによって異なります。

転写の間、（3.3Vの供給電圧において20〜100mAの）範囲内にあり得る。

現代のUHS-IIカードは、ホストデバイスがバス速度モードSDR104またはUHS-IIをサポートする場合、2.88 Wまで消費することができます。 UHS-IIホストの場合の最小消費電力は0.72Wです。

ほとんどのメモリカードフォーマットと同様に、SDは多数の特許と商標でカバーされています。 SDカードのライセンシーのロイヤリティは、メモリカードとホストアダプタの製造と販売のために課されますが（US $ 1,000 /年、US $ 1,500 /年）、SDIOカードはロイヤルティーなしで製造することができます。

SD仕様の初期のバージョンは、オープンソースドライバの開発を禁止する非公開契約（NDA）に同意した後にのみ利用可能でした。しかし、システムは最終的にリバースエンジニアリングされ、フリーソフトウェアドライバはDRMを使用していないSDカードへのアクセスを提供しました。それ以来、SDAは、より限定的ではないライセンスの下で仕様の簡略版を提供してきました。これまでにほとんどのオープンソースドライバが書かれていましたが、互換性の問題を解決するのに役立っています。

2006年にSDAは、ホストコントローラインタフェース（SDカードの仕様とは対照的）の仕様の簡略版をリリースし、その後、物理層、ASSD拡張、SDIO、およびSDIO Bluetooth Type-Aについても免責条項契約。もう一度、情報の大部分は既に発見されており、Linuxには完全にフリーのドライバがありました。それでも、この仕様に準拠したチップを構築することで、One Laptop per Childプロジェクトは「SDIライセンスを取得する必要はなく、SDドライバやアプリケーションを作成するためにNDAに署名する必要がなく、最初の真のオープンソースSD実装」と主張しました。

完全なSD仕様の独自の性質は、組み込みシステム、ラップトップコンピュータ、および一部のデスクトップコンピュータに影響します。多くのデスクトップコンピュータにはカードスロットがなく、必要に応じてUSBベースのカードリーダーが使用されます。これらのカードリーダは、メモリカードへの標準的なUSBマスストレージインタフェースを提供し、オペレーティングシステムを基礎となるSDインタフェースの詳細から分離する。しかし、組み込みシステム（携帯音楽プレーヤーなど）は、通常、SDカードに直接アクセスするため、完全なプログラミング情報が必要です。デスクトップカードリーダーはそれ自体が組み込みシステムです。彼らの製造業者はSD仕様への完全なアクセスのために通常SDAを支払っている。多くのノートブックコンピュータには、USBに基づいていないSDカードリーダーが搭載されています。これらのデバイスドライバは、組み込みシステムと同様に、基本的にSDカードに直接アクセスします。

SPIバスインタフェースモードは、SDカードにアクセスするためのホストライセンスを必要としない唯一のタイプです。

他のフラッシュメモリフォーマットとの比較

さまざまなフラッシュカードのサイズ比較：SD、コンパクトフラッシュ、MMC、xD

全体として、SDはCompactFlashまたはUSBフラッシュメモリドライブよりもオープンではありません。これらのオープンスタンダードは、ライセンス、ロイヤルティ、または文書を支払うことなく実装できます。 （CompactFlashおよびUSBフラッシュドライブには、SDAの商標登録されたロゴを使用するためのライセンス料が必要な場合があります）。

しかし、SDはメモリスティックよりもはるかにオープンであり、公開されたドキュメンテーションや文書化されたレガシーの実装は利用できません。すべてのSDカードは、十分に文書化されたSPIバスを使用して自由にアクセスできます。



CFカードとSDカードの技術的特徴の比較

上記の情報から、CFカードとSDカードの両方の密度はほぼ同じです。 UDMA 7を使用するCF 6.0のCFカードは、145 MB / Sという非常に高速です。 UHS IIを使用するSDHCカードでは、312MB / Sの速度が得られます。追加されたピンに2つの低電圧差動レーンを使用します。

多くの組込みシステムがSDHC、またはEmbedded MMCとSDに移行しています。 e.MMCは、顧客固有のカスタムモジュールを使用します。ルーター企業が使用しているコネクタがありますが、これが人気を集めています。モジュールは、組み込みプラットフォーム以外でフォーマットすることができるため（生産上重要）、はんだ付けされた部品よりも優先され、より簡単な方法で交換されます。

MarvelのようなSATA to PATAブリッジに接続されたCFが普及していると我々は信じていると言いましたが、 CPUにはすべてSATAポートがあり、デバイスドライバが実証されています。

デルキンデバイスにお問い合わせください。インダストリアルCFまたはインダストリアルSDカードに関する技術的な質問にお答えします。



記事の投稿者：

Carmine C. Cupani、MSEE

CTech Electronics LLC

小さくても強力なmicroSDカードは、写真とビデオのニーズに対応する究極の2-in-1ソリューションです。　各デルキンmicroSDカードにフルサイズのSDカードアダプターを含めると、microSDカードは、DSLR、ミラーレスカメラ、カムコーダー、ポイントアンドシュート、さらには外部レコーダーなど、さまざまなデバイスで使用できます。デルキンは現在、500X（U1）、660X（U3）、1900X（V60）、BLACKの4種類のオプションを用意しています。

SDメモリーカードと同じくらい速く、microSDカードはSDアダプターで使用するとスピードの差がほとんどないか少ししかありません。それらを使ってDJI Mavic Proで海岸線の4Kの空中映像を録画し、SDアダプターにカードを入れて、近くの野生動物の急速なRAW画像のスナップショットを開始します。このようにmicroカードは、場所を問わず撮影している場合でも、休暇を取っている場合でも、信頼性と利便性を備えています。

お使いのデバイスに最適なカードを判断するには、メモリカードの速度、デバイスの記録フォーマット、および価格を考慮する必要があります。

ゲームアプリケーション用産業コンパクトフラッシュストレージ

エンターテインメントとしてのゲーム産業の人気は、世界中のカジノの数の増加した需要につながった。ゲームメーカーは、最先端の高性能コンピューティング技術と組み込みのセキュリティを備えた最先端のゲーム機の製造に注力しています。スピンホイール、カラフルなグラフィック、魅力的なサウンド、ビジュアルエフェクト、カジノソフトウェアの点滅ライトの後ろには、工業用CFカードで保存する必要のある連続したデータフローがあります。このデータは、ギャンブラやカジノのニーズを満たすシームレスでラグフリーの最適なゲームパフォーマンスを提供するために、高速で保存および転送する必要があります。

カジノスロットマシン、ゲームサーバー、その他のゲームテクノロジーを実装するゲームメーカーとして、最も現実的で中断のないゲーム体験を提供することが最も重要です。これらのゲーム機の最適な性能を保証するためには、Industrial CompactFlash Storageを使用する必要があります。産業用CFカードは、工業用ゲームアプリケーション用の堅牢で信頼性の高いフラッシュストレージソリューションです。 Delkin Industrial CFカードは、最高レベルの性能、信頼性、耐久性を提供するように設計されており、カジノスロットマシン、宝くじチケット機、ゲームサーバー、電子ルーレット、その他のギャンブル技術などのゲームアプリケーションに理想的なストレージソリューションです。



なぜゲームアプリケーションに工業用コンパクトフラッシュストレージを使用するのですか？

CompactFlashストレージカードは、ソリッドステート構造を採用しているため、データを中央のデータハブにアップロードしたり、ゲーム機能を更新したり、マルチシステムのゲームサーバー、ゲームアプリケーションのアップグレード、頻繁なOSの負荷、プレーヤーの追跡メカニズムコンパクトフラッシュカードは、3.3Vおよび5V動作のような2つの異なる電圧範囲をサポートしています（これらの2つの電圧定格を切り替えることもできます）。さらに、様々なゲームアプリケーションの容量に容易に対応するために、CFストレージカードはさまざまな厚さで利用できます。 CompactFlashのストレージ容量は、最大128GBの範囲で可能です。

ゲーム業界の独自のデータセキュリティ要件

ゲーム業界にはさらに固有の要件があり、トップはセキュリティです。アーケードゲーム、スロットマシン、電子ルーレットは、非常に高い安全性を必要とします。ゲーミング業界のセキュリティ対策は非常に高く、ほとんどのゲーミングメーカーは、ゲーミングマシンのデータストレージのセキュリティ要件を満たすために地方自治体の規制を遵守する必要があります。 24/7連続プレイ、多数の金融取引、および機密性の高いアルゴリズムにより、メーカーは、信頼性とパフォーマンスを犠牲にすることなく、ゲーム業界のセキュリティ要求を満たす堅牢で安全なデータストレージソリューションを選択する際に注意する必要があります。工業用CFプレミアムグレードのセキュリティ機能を備えたストレージカードは、これらのセキュリティ対策を超えることができます。

ゲーム機はしばしば改ざんの恐れがあり、多額の財政的損失を招く可能性があります。あなたのマシンが改ざんされたり、望ましくないデータ操作が可能になったりすると、メーカーとしての評判が損なわれる可能性があります。永続的なパフォーマンス、最高の信頼性、比類のないセキュリティを保証するために、Industrial CF Storageカードなどのゲームベースのデータストレージアプリケーションは、日常的に監視および更新できるため、最も適切なソリューションです。これらのストレージソリューションは、顧客固有の要件に合わせてさらにカスタマイズすることができます。



産業用CFストレージカードの主な特長

高信頼性
電力および電圧異常保護
低消費電力
強化されたセキュリティ
振動、衝撃、および極端な温度に対する耐性
例外的なライフサイクルまたは高レベルの寿命
ハイパフォーマンス
顧客固有の要件に合わせたカスタマイズ
パスワードで保護することができます
さまざまな認証レベルをサポート

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？」

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」

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。

「私たちのホスト機器は長年に渡りmSATAを使用しています。　だからこそ、サプライヤーが私たちが使用している部品の生産中止を通知して来た時には本当に困り果てました。」



組み込み製品に使用されるほとんどの新しいメモリ規格やフォームファクターは、消費者主導型市場向けのソリューションとして生まれています。 mSATAは、ディスクドライブやSSDを交換する必要のあるタブレット、ラップトップ、その他のモバイルデバイスで使用するように設計されています。 　mSATAは技術的にはSSDですが、小型化されコネクタが付いた形状はモバイルデバイスに適合するように考慮されています。

mSATAは2008年〜2009年に生まれました。まさにタブレットや安価な小型ノートパソコンが普及し始めて、デスクトップコンピュータと比べて市場シェアを拡大した時期です。　タブレットやラップトップが小さくなるにつれて、ホストに簡単に収まる小型で高速なSATAベースのストレージソリューションが必要になりました。　多くの組込みホストメーカーは、mSATAが業界の標準規格となり、ずっと続くことを期待し、デバイスを設計していました。　インテルのような業界大手のプレイヤーがこの標準規格をサポートしていることも、これが間違いなく長期的に消えることの無い標準規格としての裏付けでした。
ご存知のように、工業用ホストはコンシューマー製品と比較してライフサイクルはかなり長くなりますが、コンシューマー市場で風向きが変われば、メモリの標準規格も求められる内容もしばしば変化します。

カスタマーストーリー

「mSATA（MO-300）規格は2009年頃に導入されました。　私たちは早速、組み込みホストにその設計を採用しました。　私たちは、この標準が新しいものであり、また非常に多くのコンシューマー製品のホストで使われ始めており、このデバイスの寿命が10年以上続くであろうと期待しました。」

2016年の初めに、サプライヤーからmSATAフォームファクターが廃止されたと言われたときには、私たちはショックを受けました。　当時取引をしていたエレクトロニクス・ディストリビューターは、最終購入の機会をアレンジすることが出来たので、別のサプライヤーや別のソリューションを探す時間を得ることができました。」

デルキン調査

デルキンは31年以上にわたり、最新の標準規格やフォームファクターを取り入れた製品開発に加えて、多くの取り残された技術製品を供給してきました。　組み込み市場では、一度標準規格として設計されれば、場合によってはその標準規格がが10年、15年、あるいは25年もの長期に渡り使用されることがあることがわかります。　対照的に、コンシューマー製品のライフサイクルは年単位ではなく月単位で測定されます。　あなたが使っていたラップトップコンピュータはCPUの速度や機能面でアップグレードの必要性を感じるまで、どれくらい使用することができましたか？　ラップトップPCの平均ライフサイクルは18ヶ月です。

多くの工業用製品、組み込み製品は製品アップグレード時の管理工程、テストおよび承認、そしてコストのために、ライフサイクルはずっと長くなっています。 医療製品はFDAの試験と承認に数年かかることがあります。　航空関連製品がFAAの試験と承認のためにかかる時間も同じです。　また、機関車や石油・ガス探査機器のような製品では、技術の劇的な変化もない中で、革新的なな変化というよりも進歩的な変化が見て取れます。　5年または10年以上のライフサイクルを持つハンドヘルドデバイスがあったとしても、問題はそのデバイスの機能です。

デルキンソリューション

顧客がDelkinに連絡を取ったとき、彼らはmSATAフォームファクタが生きていて、順調に稼働していることを知り喜んでいました。新しい悩みは、提供される幅広いソリューションの中から製品を選択することでした。 Delkin社のIndustrial SLC mSATAのような頑丈な制御ストレージは、業界で最も長寿命で、最も強固な産業用mSATAです。 DelkinのUtility mSATAラインは、BOMを制御した工業用製品を対象としていますが、よりコスト効率の良いMLCフラッシュを使用して、アプリケーションの要件に応じてOEMの選択肢をOEMに提供します。拡張温度「Itemp」オプションにより、お客様は、組み込み製品に最適なソリューションを選択することができます。

顧客は、選択したmSATA製品の設計、テスト、製造、サポートのすべてが、米国内で1か所で行われていることを確認することにも興奮していました。デルキンデバイスの顧客アプリケーションチームは、使用モデルを明確に定義し、適切な産業用mSATAソリューションを選択するのに役立ちました。

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ときは、慎重に選択する必要があります。物理的なサイズ、容量、温度、コスト、機能、および使用モデルに関する要件を満たすものを見つけることに加えて、製品の存続期間中は引き続きサポートされる標準を選択する必要があります。コンシューマーベースの標準が出回っているので、デルキンと相談して、ニーズに合った組み込みストレージソリューションの正しい選択をお手伝いします。

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。

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。