SSD儲存裝置的嵌入式系統應用新趨勢
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工控應用市場亟需高效能、高可信賴度、高強固度的固態硬碟。宇瞻科技(Apacer)開發出突破SATAⅢ瓶頸的超高效能的CSD產品，以特殊技術保存快取資料避免斷電風險；產品以特殊鍍膜與塑型技術，提供更佳的防水防塵等強固設計，並提供工╱軍規資料抹寫工具與雲端監控軟體，強化資料防護性並提升遠端維護能力…
宇瞻科技(Apacer)產品研發處經理李俊昌，從儲存裝置介面技術演進、規格應用，及SSD如何因應工控領域的特殊需求做說明。Serial ATA International Organization(SATA-IO)組織，在2005年10月推出SATA Rev 2.5，2007年2月推SATA Rev 2.6，2009年6月推SATA Rev 3.0，2011年7月推出SATA Rev 3.1版。2013年8月推出SATA Rev 3.2修訂版，列舉從PCI Express介面技術延伸而出的SATA Express、M.2(NGFF)等新介面規格，增加對microSSD(SSD單晶片)、可抽取媒體的SSD模組(USM)等定義規範，以及針對固態混合硬碟(Solid State Hybrid Drives；SSHD)項目的最佳化。
SATA Rev 3.2新增的2.5吋新一代儲存裝置介面─SATA Express，其規格上沿用原先的SATA Connector，改成2組7pin SATA Port連接器+4pin PCIe訊號的定義，能跟現有SATA埠接頭相容共存，並可安插兩條連接線，若插入SATA Express的公接頭時，則切換成以PCIe介面方式運作。SATA Express設計了x2雙線道、雙向多工串列訊號，其最高傳輸效率可達2GB/s(PCIe 3.0)。
M.2起源於Intel於2012年IDF發表的Next Generation Form Factor (NGFF)，是針對Ultrabook、Tablet所設計的SSD附加卡標準。M.2目前有分為做SSD快取的Type 2242 SSD Cache Slot B，尺寸為22mm x 42mm；以及純SSD附加卡模組的Type 2260 SSD Slot C、Type 2280 SSD Slot C，還有Type 22110 SSD Slot C，尺寸分別為22mm x 60 mm、22mm x 80mm與22mm x 110mm。
microSSD (uSSD)則是SATA- IO組織針對NAND Flash與Controller Die整合封裝成單一晶片外觀的SATA SSD所制定的規範(JEDEC MO-276)。晶片尺寸為20mm x 16mm，採Fine Pitch Ball Grid Array (FPBGA)封裝，錫球間距(Pitch)為0.5mm。可用於直接銲接在小型嵌入式系統主板上以節省PCB空間。
Device Sleep (DEVSLP)則是SATA進階電源管理協定，目前並非所有工控或一般主機板有拉出這條線。過去SATA對週邊的節電管理，是透過軟體方式，從全速作用(Active)到部份作用(Partial)，再進入睡眠(Slumber)模式。SATA 3.2追加DEVSLP訊號線定義，使SATA週邊能進入DEVSLP模式以進一步達成節電。
傳輸介面未來轉向PCIe 但工控應用仍待觀察
李俊昌提到儲存裝置勢必從SATA轉到PCI Express，但受限於工控主機板設計與驗證的時間較長，他認為在短期內還不會看到。而PCI Express介面的世代╱速度規格，從第一、二代PCI Express (PCIe Gen1 & Gen2)採8b/10b編碼，單線道(x1)傳輸速率為2.5？5GT/s (250？500MB/s)，16線道(x16)傳輸速率達4？8GB/s；到第三代PCI Express(PCIe Gen3)改採128b/130b編碼方式，單線道(x1)傳輸速率為8GT/s(1GB/s)，16線道(x16)傳輸速率達16GB/s。
以各種尺寸的SSD儲存裝置，設計外接介面的可行性列表部份。M.2(NGFF)使用67/75pin Connector以及22mm寬，四種長度(42/60/80/110mm)的尺寸規格，可設計SATA與PCIe介面；MO-300 (mSATA)使用52pin mSATA插槽是沿自於miniPCIe插槽，因此也能設計成支援SATA與PCIe介面。至於2.5吋SSD尺寸為100mm x 70mm，可設計支援SATA與PCIe (SATA Express/SFF-
8639)介面，但MO-297(SATA Slim)儲存模組，雖同樣使用7+15的SATA Connector，目前僅支援到SATA，尚未支援PCIe。
應用於嵌入式系統的SSD技術解決方案
SSD已廣泛應用到像零售點(POS)、醫療設備(Medical)、伺服器(Server)、遊戲機(Gaming)與平板電腦(Tablet PC)等嵌入式系統的開機╱儲存碟的應用。從應用面(Application)、效能(Performance)、成本(Cost)與可信賴度(Reliability)四個SSD選購特性來說，工控用戶過去的訴求是：應用>信賴度>效能>成本，但近年來會因市場屬性不同，會有強調效能的：應用>效能>信賴度>成本之選擇，以及跟消費者相同的：應用>成本>信賴度>效能之選擇。
對工控應用市場而言，挑戰在於需要極致高速的SSD，具備斷電時快取資料的防護機制，防塵、防水與更多因應特殊環境的強固設計。需要保全防護措施避免資料外洩，客戶想隨時得知目前SSD的狀況與使用壽命，也希望有更薄、更輕且更小巧的SSD產品。
突破1G高效能傳輸的工控用SSD
李俊昌介紹宇瞻開發的2.5吋Combo SATA Drive(CSD)固態硬碟，它用單片SSD PCB板實現兩顆SSD Controller的兩套實體SSD系統，封裝成一部單一磁碟機外觀；以RAID 0方式運作下，工控主機板設計支援兩埠 SATA 介面，達到接近於PCIe Gen2 x2的效能(1GB/s)。以CrystalDiskMark v3做效能評測，循序讀取與寫入速度分別達到1,024MB/s、602MB/s。CSD也可因應客戶需要，提供採一組SLC SSD搭一組MLC SSD的混搭設計，讓SLC存放OS與重要應用程式，MLC存放一般資料。
宇瞻的CSD使用SFF-8482 29pin的SAS公接頭設計。其防呆卡榫(Notch)的設計上，可以連接到伺服器╱網路儲存裝置背板(backplane)上的SAS母接頭，但無法連接到SATA母接頭。若客戶端設計SAS母接頭於主板上，除了可連接一般SATA SSD/HDD外，亦可採用宇瞻的CSD 做加速、備份等模式SSD應用。
一般SSD會加上DRAM做為讀寫資料快取(Data Cache)以增加讀寫速度，但潛在風險就是遇到突然斷電時，儲存於DRAM快取區內的資料遺失。宇瞻SSD導入CorePower技術，以大型超級電容(Super Capacitor)儲存備援電力，能在斷電時提供電流給控制晶片做緊急處置，確保到完全斷電之前，所有快取區的資料能寫回NAND Flash非揮發性記憶體。
在防護╱信賴度(Reliability Protect)設計上，宇瞻SSD導入低壓塑型(Low pressure molding)技術，把PCB板上的IC連同接腳整個塑型包覆起來，避免氧化、板彎且增加抗震能力。另外還提供經濟的一般性鍍膜(Conformal Coating)，而奈米鍍膜(Nano Coating)可以進一步填補到任何IC接腳、底部的空隙，強化抗氧化與防濕能力，杜絕化學物質、溶劑或二氧化碳的侵蝕。
宇瞻SSD導入CoreSecurity核心防護技術，以獨特加密編碼方式，避免SSD被移至其它平台讀取；CoreProtector核心防護技術，提供資料、磁碟與裝置三種等級的防寫防護能力；CoreEraser Technology核心抹寫技術，則提供快速抹寫(QuickErase)、全磁區抹寫(Full Erase)以及MIL軍規抹寫(MIL Erase)功能。
要了解SSD的運作狀態，取得磁碟容量╱韌體等系統資訊、S.M.A.R.T狀態值、系統負載、SSD已區塊抹除次數(Block erase count)、預估壽命、SSD檢康狀態、斷電失效次數(System power hours/cycle/failure)等，過去只能在安裝該部SSD的電腦上安裝並執行檢測軟體；宇瞻提供SSDWidget雲端監控Apps，可在手機╱平板下載後，透過雲端來監控SSD狀態；宇瞻的SSD會在任何有聯網的機器上，將SSD硬體系統資訊，經編碼後送到客戶自建的私有雲伺服器，供SSDWidget隨時擷取並顯示出來；或透過網頁瀏覽器的方式，在任何聯網終端經過簡易設定後，就能讀取遠方機器的SSD系統狀態值。
宇瞻開發的uSSD固態硬碟晶片為microSATA Disk Chip(uSDC)，晶片尺寸大小為20mm x 16mm，FPBGA156封裝，支援SATAⅢ傳輸介面。目前uSDC已應用在行動裝置、主板內建儲存(Storage on board)，或輕薄筆電╱Chromebook的應用。此外也開發出無須外拉電源線，直接插在7pin SATA介面的小型SATA Disk Module。它直接利用搭配主機板在SATA Port公接頭固定柱增加電源，電力透過附金屬夾片的SATA埠母接頭傳至SATA Disk Module。
面對更輕薄短小的需求，宇瞻開發出僅5mm厚度的SSD，採SATA 6Gb/s介面設計並與標準22pin SATA接頭相容，重量僅57g；跟希捷(Seagate)、威騰(WD)的5mm SSD產品相比，宇瞻5mm SSD具備450MB/s循序讀寫的效能優勢，也兼顧SATA介面接頭的相容度與輕盈度。
李俊昌最後總結，目前有更多針對工控應用的SSD產品出現，可依客戶在嵌入式系統應用的需求，做特殊硬體、韌體客製化SSD的技術與服務，且宇瞻科技未來在嵌入式應用市場，將持續提供更多應用的產品。
