SLC、MLC固態儲存滿足工控設計要求

單板電腦設計方案，可以利用SATA或IDE介面之SSD，強化整體嵌入式系統設計方案的耐用度與功耗表現。micputer

SSD具備高耐震、較寬工作溫度區間、低功耗...等優勢，一直受運行環境較嚴苛的工業控制應用所青睞，但作為工控應用儲存子系統，早期礙於成本要求，設計方案大多採行低容量的DOM或CF、SD儲存卡來建構儲存子系統，但因應如需預載高清影音素材的數位看板、Kiosk應用，單板電腦、工控電腦方案就必須考量更大的儲存容量，致使高容量SSD的需求漸增...

SSD（solid-state drive）儲存零組件，由於是採行非機械式的電子讀寫機制，讓整體元件模組的特性可以達到更高的抗震特性，加上積體電路的製程技術持續改善，也讓SSD的讀寫特性持續優化。而SSD的特性表現，正好迎合了工控電腦所需的強固表現要求，因為設備終端可能要面對高溫、高濕、高落塵與高震動的運行設置空間，一般採取機械式讀寫的硬式磁碟機若用於工控系統整合，原有工控單板電腦設備的高可靠度，可能會因為儲存子系統的特性限制而受到影響。

PC/NB固態硬碟用量增 驅動SSD單位成本持續壓低

早期SDD儲存子系統較大的問題是Flash Memory的成本過高，但SSD的單位價格正在持續壓縮，原有SSD的單位價格約30~50 USD/GByte，但目前工業用SSD的單位成本約5~10 USD /GByte，單位成本正越來越低，尤其是NAND Flash Memory的製程從60nm持續微縮至20nm水準，這可讓單位NAND Flash Memory可提供的儲存容量暴增數倍，即便目前HDD的單位成本極低，但若從產品的耐用度與嵌入式應用需求檢視，導入SSD大容量儲存子系統，對建構嵌入式應用環境更具使用優勢。

也正因為半導體技術的持續精進，SSD與DOM的產品差異漸漸凸顯，原有工業用電腦所需要的SSD產品，在單位儲存容量的持續最佳化，使SSD在工業領域的應用狀況逐漸打開，成為目前在工控自動化方案裡相當熱門的儲存應用方案。尤其是早期工控解決方案已經大量導入小容量的CF卡小型儲存方案與SD卡應用方案，在工控應用產品中已導入多年，證明Flash Memory用於工控應用嚴苛環境的儲存優勢，而SSD大容量儲存應用方案正補強了CF/SD甚至DOM儲存子系統所無法突破的超大容量應用需求。

全電子式抹？寫機制 SSD的耐震表現亮眼

SSD一般是由印刷電路板、Flash Memory控制IC、韌體子系統、Flash Memory（通常使用具性價比之NAND快閃記憶體），與搭配快取（緩衝）記憶體搭配加速Flash Memory的讀寫效能表現，而對於工控應用需求所特製的SSD並未著眼於更高讀寫效能，反而是針對各SSD關鍵元件的料件壽命與穩定性表現做進一步強化，以滿足工業應用中較嚴苛的設置環境需求，所需要的儲存子系統應用目的。

觀察SSD儲存子系統，由於整個硬體架構全數採電子訊號運行，沒有任何一處需要機械式的讀寫結構，與HDD由磁性碟片、馬達、讀取臂組構的傳統大容量儲存子系統不同，加上SSD完全沒有任何一處活動零組件，SSD的設計可以更彈性使用機構空間，而不用受限於傳統硬式磁碟機的方形具一定厚度的結構造型。而現今SSD之所以會延續HDD的標準外觀構型設計，多半是為了提供儲存子系統更方便的升級架構支援，但也有越來越多特殊應用的SSD不再拘泥傳統標準相容硬碟的構型設計，而是使用更小、更輕盈的SSD設計方案。

若與常規HDD進行特性比較，SSD的運行無噪音，基本上讀寫狀態更為可靠，同時受益於電子式讀寫架構，SSD另有高效能、高耐撞擊、更高的震動抵禦能力，而若就壽命比較，傳統硬式磁碟的使用年限約數年，SSD可以搭配韌體強化，可讓裝置的使用壽命突破10~15年。

SSD持續有新技術推出 但仍以MLC、SLC較適合工控應用

目前SSD主要有TLC、MLC（Multi-Level Cell）與SLC（Single-Level Cell）三種Flash Memory設計架構，由於不同的SSD架構在成本、壽命與產品特性有極顯著的差異，早期SSD單價較高，主要是初期Flash Memory在一個記憶單元（Cell）僅能儲存1bit資料的SLC較為成熟、壽命表現也較好，但SLC的問題即成本較高，單位容量成本居高不下。

而MLC則是可以在一個記憶單元可儲放2bit資料，MLC在單位記憶單元可以儲存更多資料，在相同的積體電路面積可以達到較SLC更多的儲存容量。另目前技術越來越成熟的TLC架構，則可以在單一記憶單元則可儲放3bit資料，等於單位可使用的積體電路效益較SLC多三倍。

若以單一Cell的抹？寫次數觀察，SLC的可抹？寫次數可以說是最高的Flash Memory架構，以5X nm與3X nm製程來看，SLC均可維持100,000次抹？寫元件耐用度，而MLC在5X nm可以達10,000次抹？寫、3X nm可達5,000抹？寫、2X nm最新製程，MLC則會犧牲少許抹？寫耐用度，達3,000次寫入水準。至於TLC在5X nm製程可以達2,500次抹？寫、3X nm可達1,500左右抹？寫，至於2X nm製程單一Cell可承受之抹？寫次數就更低了。

若以現有的量產技術評估，SLC、MLC與TLC在MTBF（Mean time between failures）平均故障間隔時間的壽命表現約40:4:1，而在Flash Memory所使用的製程更先進，則可承受的寫入次數也會隨之遞減，即便SLC的壽命、重複抹寫的單一Cell耐用度較MLC、TLC高，但單位成本也是三者最高的一款Flash Memory架構，對於嵌入式系統的初期投入成本會使儲存子系統成本過高，且可用的容量亦相對較小，影響其實用性。

MLC性價比值高 搭配先進技術可達近似SLC特性

若以單位價格、元件耐用度與實用價值評估，目前對嵌入式系統應用較具實用價值的Flash Memory架構方案，仍以MLC製成之SSD產品特性為佳，在耐用度、儲存系統的穩定度與單位成本，加上生產與開發技術目前也相對較成熟，對於大容量應用來說是相對實用的儲存方案選擇。但MLC的SSD儲存子系統，由於平均壽命、讀寫速度略遜於SLC，MLC的SSD儲存系統方案大多可用於如戶外電子看板、需預儲大量影音內容之Kiosk設計方案，這類應用對於系統穩定度要求較沒有生產應用之工控系統高。

至於對工控電腦之系統反應速度要求較高，則必須選用SLC架構產品，雖然整體儲存容量可能略遜於MLC，料件成本更高，但更值得信賴的運行穩定性與壽命表現，亦可因應需要高速反應、高穩定性要求的嵌入式系統應用。

但MLC應用方案也並非如此不濟，新一代的控制IC搭配最佳化的應用韌體，再搭配快取記憶體進行資料緩衝，可以進一步減少對Flash Memory頻繁抹？寫的操作狀態，透過快取記憶體的管理與暫存，一方面可以加速SSD的性能表現，另一方面也可以利用次級記憶體的暫存與管理，對Flash Memory儲存集合進行最佳化的寫入程序，避免針對單一儲存區塊的過度抹？寫，而導致SSD的Flash Memory提早出現區塊記憶空間的損壞問題。

而MLC在快取記憶體的緩衝處理技術加持，搭配更有效率的平均抹寫技術整合，可以讓原先特性遜於SLC的MLC技術方案，得以達到近似SLC的產品特性表現、同時確保有MLC的大容量與高單位容量價格比產品優勢。