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整合式SSD應對車載資訊娛樂儲存系統設計挑戰

上網時間: 2009年12月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:車載娛樂系統  SSD  NAND 

還記得能夠播放多張CD唱片的高級汽車娛樂系統是什麼時候問世的嗎?今天,汽車資訊娛樂系統已經成為一個複雜的嵌入式子系統,它包含了MP3音樂播放、GPS導航、語音識別、免提蜂巢式連接、DVD視訊甚至網際網路瀏覽等多種功能。

隨著汽車資訊娛樂系統向更寬範圍的多媒體應用擴展,其儲存子系統扮演的角色也越來越重要。音樂和視訊文件必須被儲存起來並能被快速存取;用於3D GPS系統的大量地圖數據文件必須能被快速搜索和顯示;用於語音識別的音訊文件必須能被合成和儲存。

硬碟驅動器的性價比優勢

目前,大多數汽車資訊娛樂系統採用硬碟驅動器(HDD)進行數據儲存。這些設備一般具有40GB到50GB的容量。作為一種成熟的、經驗證的技術,硬碟驅動器具有許多顯著的優點。每1GB容量約1美元的硬碟驅動器為設計師提供了高性價比的解決方案。在那些能夠克服硬碟驅動器固有的尋道和旋轉延遲的應用中(例如大部份讀取過程是順序存取的應用),硬碟驅動器能夠在很短時間內完成大量數據的傳送。

可靠性問題

然而,在今天日益複雜的汽車資訊娛樂系統中,其它因素在儲存子系統的選擇中扮演著更重要的角色。在許多應用中,硬碟驅動器上的大容量數據儲存幾乎不能給汽車資訊娛樂系統設計師帶來什麼好處。大多數系統只需要4GB到8GB的記憶體就足以應付今天的多媒體應用需求。而且,汽車業對可靠性有很高的期望,對耐用性也有嚴格要求,這使得人們對於能夠耐受惡劣的衝擊、振動、溫度和濕度環境的記憶體子系統寄予厚望。

圖1:NANDrive方案能夠更好地滿足目前車載資訊娛樂系統的苛刻要求。
圖1:NANDrive方案能夠更好地滿足目前車載資訊娛樂系統的苛刻要求。

在這些趨勢下,新一代產業級小型固態驅動器(SSD)為汽車資訊娛樂系統的設計師提供了極具吸引力的儲存選擇。這些新的記憶體產品具有整合或分離兩種版本。整合式NAND模組,例如SST公司的‘工業級’NANDrive產品線,在一個封裝中整合了一個整合式ATA控制器和一個或多個NAND快閃記憶體晶片。這些元件以緊密的BGA封裝提供完整的整合設備電路(IDE)隨身碟驅動功能和相容性,體積僅為12x18x1.4mm。設計師只需簡單地將這個BGA封裝安裝在系統母板上即可。在啟動時,系統透過ATA或IDE介面將NANDrive識別為一個系統驅動器。

作為一個沒有機械運動元件、完全基於矽晶片的儲存解決方案,諸如NANDrive這樣的小型固態驅動器可以幫助設計師滿足汽車業嚴格的振動和衝擊要求。從性能角度看,小型固態驅動器不僅沒有了磁碟儲存系統必須執行的非常耗時的尋道過程(這個過程平均耗費13ms),而且能夠提供高達30MBps的持續讀寫性能。SST公司的新一代NANDrive元件已經過產業溫度範圍的認證,最大可提供8GB的儲存容量。

更小的佔位面積

在外形尺寸和性能方面,固態驅動器的主要優勢是小尺寸。在過去十多年中,汽車製造商在汽車中導入的電子子系統數量越來越多,縮小電子元件外形的重要性也日益突出。舉例而言,今天,平均每輛汽車都整合有30至50個基於微控制器的系統。

雖然硬碟驅動器製造商透過不斷努力在縮小產品尺寸方面取得了持續的進步,但目前的驅動器仍需要佔用比固態驅動器大多得的空間。例如,標準尺寸的40GB硬碟驅動器尺寸為70x100x9.5mm,而NANDrive尺寸只有12x24x1.4mm,是硬碟驅動器的1/120。其重量減輕的幅度同樣令人印象深刻,NANDrive重量是0.8克,還不到硬碟驅動器的1/100。

數據完整性和耐用性是儲存子系統最重要的考慮因素。今天的小型固態驅動器具有的眾多特性可進一步增強IC的耐用性,並確保數據完整性。例如,為了補償在使用NAND快閃記憶體時偶然會產生的隨機讀取錯誤,固態驅動器採用嵌入式誤碼檢測和糾正(ECC)電路進行設計,可確保數據在進出記憶體時的準確性。譬如NANDrive就提供8位元硬體ECC引擎。

圖2:與分離式方案相較,NANDrive整合式方案在可靠性方面更具優勢。
圖2:與分離式方案相較,NANDrive整合式方案在可靠性方面更具優勢。

壞區塊管理是另外一個挑戰。與NOR快閃記憶體不同,NAND晶片設計時就允許大量壞區塊。為了管理這些缺陷,基於韌體的壞區塊管理功能需要在小型固態驅動器初始化時被啟動,用於識別這些壞區塊的位置,然後透過映射將它們剔除出記憶體陣列。這個韌體隨即指示控制器不再使用這些特定的區塊。當額外的壞區塊被識別出後,韌體將更新映射圖以確保它們不會被使用。

寫入耐用性是在汽車中使用小型固態驅動器遇到的另一個潛在障礙。快閃記憶體IC存在寫入耐用性限制問題。在重覆多次擦除和寫入週期後,記憶體將無法保持數據。IC架構越複雜,記憶體單元尺寸越小,IC的耐用程度就越低。例如,單層單元(SLC)快閃記憶體元件的典型擦寫次數規定為10萬次,而使用更複雜的多層單元(MLC)架構的元件,如目前可攜式消費設備中經常使用的那些元件,典型擦寫次數規定為1萬次。


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