L’archiviazione dati con le soluzioni SanDisk

Il mondo dei contenuti digitali cresce esponenzialmente ogni giorno. Dai dispositivi mobile passando per varie soluzioni industriali, SanDisk offre una serie di prodotti di storage che si adattano facilmente in tutti gli ambienti operativi. La flash NAND è l’elemento fondamentale per arricchire i contenuti dei dispositivi mobile. I parametri fondamentali che li distinguono sono la capacità, l’efficienza e la sicurezza nel trattamento dati da immagazzinare.

Introduzione

Le soluzioni di storage non rappresentano una singola tecnologia ma bensì una sintesi di hardware, software e know-how di progettazione che possono essere implementati in diversi modi per migliorare le attività. La raccolta e l'immagazzinamento di dati affidabili costituiscono la base per l'elaborazione visiva del mondo reale, la mappatura di sistemi e tutte quelle operazioni di analisi che coinvolgono molti mercati tra i quali quello industriale e automotive. Quando si considera un certo numero di autovetture, per esempio, la quantità di dati che verranno generati, analizzati, comunicati e memorizzati (localmente e nel cloud) è abbastanza sorprendente. Con la sua unica combinazione di prestazioni e affidabilità nell'ambiente di guida multi-variante, la memoria flash è il mezzo di archiviazione scelto per molte autovetture, così come per una miriade di soluzioni commerciali consumer. L'avvento dell'IoT e IIoT necessitano di ulteriori soluzioni di storage locali da soddisfare la notevole richiesta di big data, assicurando ottime prestazioni di sicurezza per salvaguardare il processo produttivo. Le memorie devono essere veloci e nello stesso tempo disposte in piccoli package. Grazie alla tecnologia eMMC, la memoria NAND ha raggiunto un buon mercato con un deciso livello di spedizioni, grazie soprattutto alle sue caratteristiche di economicità ed elevata densità di memoria.

Gli SSD hanno cambiato drasticamente l’esperienza d’uso degli utenti dei computer portatili, permettendo di raggiungere prestazioni e produttività superiori, tempo di avvio inferiore e riduzione dei consumi, garantendo una durata superiore della carica della batteria. SD e microSD card hanno permesso di espandere la memoria di macchine fotografiche, action camera, smartphone e fotocamere professionali a capacità elevatissime in uno spazio ridottissimo, considerando che una singola micro SD card puo’ avere una capacità sino a 200 GB.

Panoramica dei prodotti

La tecnologia flash avanzata consente un accesso veloce e affidabile ai dati mission-critical in vari ambienti operativi. La flash accelera il flusso di dati dal quale le aziende possono ottenere maggiori informazioni sulla loro attività. I data center, per esempio, con tecnologia flash sono costruiti con meno sistemi di storage, meno software e quindi meno energia, garantendo ottime prestazioni ed elevata scalabilità e affidabilità. Le soluzioni SanDisk forniscono migliori prestazioni di un fattore di circa 50 volte rispetto a quelli equivalenti. I sistemi basati su memoria flash riducono l'onere del raffreddamento esterno utilizzando l'80% di potenza in meno.

Computing

Nello scenario degli SSD per computer portatili,  l’SSD X400 della SanDisk, disponibile sino ad 1 TB di archiviazione dati, offre nuovi livelli di affidabilità, reattività e resistenza per vari ambienti applicativi (figura 1). Con un fattore di forma unilaterale in modulo M.2 2280 (22 cm x 80 cm x 1,5mm di spessore), X400 offre prestazioni ideali in una dimensioni ridottissma.Il disco è anche disponibile nel tradizionale fattore di forma 2.5’’. Il disco ha una DRAM interna e una cache NAND SLC che ne aumenta la performance rendendolo uno degli SSD SATA per PC portatili più performanti presenti sul mercato al momento.

Un'altra soluzione del catalogo Sandisk è Z400s disponibile in fattori di forma mSATA, 2,5" SATA e M.2 con capacità da 32GB a 256GB per adattarsi in un'ampia gamma di applicazioni quali segnaletica stradale e soluzioni interattive, tra cui banche, hotel e assistenza sanitaria.  Z400 SSD può superare gli HDD in termini di prestazioni di un fattore pari a cinque, con 1/20 di consumo di energia a parità di costo (figura 2). Le importanti tendenze che spingono la crescita della segnaletica digitale sono legate alla diffusione dei dispositivi di memorizzazione a stato solido (SSD), che dovrebbero costituire la loro base di memoria per le soluzioni attuali e future.

Figura 1: il sistema SanDisk X400

 

Figura 2: il sistema SanDisk Z400s

SanDisk Z400s SSD offre ottime prestazioni, elevata capacità e fattori di forma ideali per la sostituzione di HDD nei sistemi embedded. Le aziende che desiderano progettare prodotti eleganti apprezzeranno anche le sue caratteristiche di silenziosità, bassa potenza e soprattutto di basso calore. SanDisk Z400s SSD può migliorare il costo totale di proprietà (TCO, Total Cost of Ownership), riducendo i tempi di inattività e le richieste di servizio a causa di guasti nei dischi rigidi. Il suo design a stato solido lo rende molto affidabile evitando problemi di natura meccanica.  Z400s è in grado di sostenere un elevato volume di transazioni, rendendosi adatto quindi per sistemi POS e altre piattaforme embedded che gestiscono frequenti operazioni di logging.

Mobile

Le soluzioni di archiviazione integrate iNAND a chip a saldare BGA - disponibili nelle interfacce e.MMC ed e.MCP - forniscono agli smartphone, tablet e altri dispositivi centrally-mobile,  una risposta più rapida del sistema, con migliori prestazioni multitasking e una maggiore durata della batteria. Un azionamento flash integrato iNAND è il fondamento per offrire prestazioni end-to-end per le applicazioni finali verso gli utenti. iNAND 7350 EFD e.MMC è costruita con tecnologia NAND 3D, con controller e firmware progettati per massimizzare le prestazioni del dispositivo. I moduli iNAND 7350 migliorano le prestazioni, la capacità e la conservazione dei dati del dispositivo in molte applicazioni: da dispositivi IoT a moduli SSD. La capacità massima che può raggiungere è 256GB.

iNAND 7250 EFD presenta una elevata integrità dei dati e un avanzato controllo LDPC ECC, con aggiornamento automatico e manuale (figura 3 e 4). Conforme alla specifica e.MMC Ver. 5.1 HS400, fornisce capacità di archiviazione da 8GB a 64GB.

Figura 3: il modulo iNAND7250

 

Figura 4: iNAND embedded con alcune caratteristiche di package, capacità e interfaccia

Industrial

Le schede industriali SD e microSD di SanDisk offrono soluzioni di edge storage per applicazioni che richiedono alta affidabilità in un’ampia gamma di requisiti operativi. Tipiche applicazioni includono sistemi di trasporto, soluzioni di imaging, gateway IoT industriali, automazione. Le applicazioni industriali richiedono spesso blocchi di memoria che possono ospitare una registrazione ad alta intensità in una vasta gamma di parametri operativi. Le cards Industrial Grade SD e microSD di SanDisk dispongono di un avanzato firmware per la gestione della memoria che include l'aggiornamento automatico in caso di stress derivante da lettura, il livellamento dell'usura di scrittura in tutti i blocchi NAND disponibili.

Queste soluzioni per schede SD hanno fino a 192 terabyte di durata in scrittura e un design duraturo che è impermeabile, resistente agli urti, a prova di vibrazione e raggi X, ma il loro valore aggiunto è in che modo vanno oltre la semplice memorizzazione dei dati con la possibilità di abilitare sistemi per analizzare i dati e agire in tempo reale. Sono su misura per le applicazioni automobilistiche di prossima generazione, l'automazione di fabbrica, il settore medico e altri campi industriali esigenti. Sono adatte per gestire anche parte del codice, visto che sempre più microcontrollori si appoggiano alla SD card per immagazzinare l’immagine del sistema operativo.

Il sistema di sicurezza Industrial Card SD Card utilizza l'autenticazione reciproca e un nuovo algoritmo hi host lock per proteggere il contenuto da accessi non autorizzati.

L'interfaccia Card Industrial Grade SD consente una facile integrazione in qualsiasi design, indipendentemente dal tipo di microprocessore utilizzato. Per la compatibilità con i controller esistenti, la scheda SanDisk Industrial Grade SD e l'interfaccia relativa offrono un protocollo di comunicazione alternativo basato sullo standard SPI. Le attuali schede di Industrial Grade SD sono progettati appositamente per l'utilizzo in applicazioni di storage di massa attraverso la combinazione di chip flash. Oltre al chip di memoria flash specifico per la memorizzazione di massa, Card Industrial Grade SD include un controller intelligente che gestisce i protocolli di interfaccia, algoritmi di sicurezza per la protezione del copyright, archiviazione e recupero di dati, nonché algoritmi di correzione del codice di errore (ECC). In tabella 1 riportiamo alcune soluzioni che la SanDisk mette a disposizione.

Specifica

Industrial XT SD Cards

Industrial SD Cards

Industrial microSD Cards

Capacità

8GB – 64GB

8GB – 64GB

8GB – 64GB4

Interfaccia

SDA 3.0, High-Speed

SDA 3.0, High-Speed

SDA 3.0, High-Speed

NAND Flash Technology

X2 (MLC)

X2 (MLC)

X2 (MLC)

Temperatura

-40°C to 85°C

-25°C to 85°C

-25°C to 85°C

Performance

Speed Class 10

Sequential W/R: fino a 20/20MB/s

Speed Class 10

Sequential W/R: fino a 20/20MB/s

Speed Class 10

Sequential W/R: fino a 20/20MB/s

Endurance

Fino a 192 TBW

Fino a 192 TBW

Fino a 192 TBW

Tabella 1: caratteristiche delle soluzioni SanDisk Industrial Grade SD e microSD Cards

Le card SD di grado industriale contengono un sofisticato sistema di gestione dei difetti ed errori. Questo sistema è analogo a quello presente nei dischi a stato solido e in molti casi offre miglioramenti. Ad esempio, le unità disco in genere non eseguono una lettura dopo la scrittura per confermare che i dati siano scritti correttamente. Le card SD di grado industriale, invece, fanno una lettura dopo la scrittura per verificare che i dati siano scritti correttamente, proteggendo il sistema da corruzione dei dati in caso di spegnimento improvviso.

Nel raro caso in cui risulti un evento difettoso, le schede SD sostituiranno il bit difettoso con uno di riserva nell'intestazione del settore. Se necessario, le schede SD sostituiranno anche l'intero settore con uno di ricambio. Questo è completamente trasparente per l'host e non consuma alcun spazio di dati utente. La specifica di soft-error-rate della scheda SD Industrial Grade è decisamente migliore rispetto a quella dell'unità disco magnetico.

Nel caso estremamente raro si verifichi un potenziale evento di corruzione dei dati causato dall’interruzione di operazioni di programmazione e cancellazione della memoria NAND per cadute improvvise della tensione di alimentazione, le schede SD Industriali hanno algoritmi innovativi per usare dati di backup. Questi sistemi di gestione dei difetti ed errori accoppiati con l'ecosistema a stato solido conferiscono alle SD card un'affidabilità senza precedenti e non presenti in memory card dedicate al mondo consumer.

IoT e Automotive

La velocità con cui l'ecosistema IoT e IIoT (big data) e il settore automotive (self-driving) catturano ed elaborano i dati dei sensori è significativa. In una autovettura self-driving, un viaggio di quattro ore potrebbe generare più di 14 terabyte di dati. Ma dove risiedono tutti questi dati? Non tutti saranno conservati, e ciò che deve essere memorizzato a lungo termine verrà infine caricato nell'archiviazione cloud, ma fino a quel momento questi dati dovranno risiedere in una memoria locale. Considerando i vari ambienti operativi delle automobili e dei processi di produzione, la NAND Flash è la scelta ovvia per le esigenze di storage.  I dati sono l'elemento essenziale che collegano i sensori del sistema al core dell'automobile. La capacità di analizzare e gestire tali dati in tempo reale è un fattore che consegue la stabilità del viaggio e la relativa sicurezza.

Il futuro della NAND 3D

NAND 3D, come suggerisce il nome, è una tecnologia di archiviazione dati flash che prevede il taglio in più strati del silicio, impilando le celle di memoria per aumentare la densità e permettendo alle celle di spaziare su ogni piano riducendo le interferenze tra quelle vicine. La tecnologia 3D di memoria flash NAND per schede SD utilizza una serie di transistor floating gate, assegnati ad un valore di carica "on" e "off" (1 e 0). Successivamente, questi blocchi di memoria sono disposti fianco a fianco in un layout bidimensionale.  Il processo di produzione della NAND 3D è anche meno complicato di altre tecnologie alternative, in quanto utilizza lo stesso materiale impiegato per produrre le semplici NAND ma con piccole modifiche. La produzione di massa della memoria flash NAND 3D contribuirà in maniera significativa a ridurre i prezzi delle unità ad un limite accessibile, indirizzando la produzione di storage verso soluzioni più economiche e affidabili per soddisfare le crescenti sfide della memoria.

Conclusioni

Sandisk è all’avanguardia per l’ottimizzazione della tecnologia di storage con numerosi prodotti. Le soluzioni flash migliorano il servizio di archiviazione dati con una maggiore sicurezza ed affidabilità in ambienti industriali e commerciali. Le schede SD e microSD di grado industriale offrono soluzioni di storage per applicazioni che richiedono registrazione dati ad alta intensità in una vasta gamma di esigenze operative relativamente all'industry 4.0. Le eMMC a capacità elevate permettono a tutti gli utenti di acquistare smartphone sempre più ricchi di contenuti a prezzi accessibili. Ed inoltre tali componenti a saldare rendono sempre più ricchi di contenuti i sistemi automotive ed aumentano la capacita’ di immagazzinare ed eleborare dei sistemi IoT industriali. I rallentamenti causati dal disco rigido possono essere risolti sfruttando la tecnologia flash SSD, e consentendo di massimizzare i carichi di lavoro della virtualizzazione, riducendo i relativi costi hardware e software di implementazione ed incrementando così il business aziendale.

Ringraziamenti

Si ringrazia per la collaborazione Matteo Zammattion, Technical Manager EMEA SanDisk

Riferimenti Sandisk

  • Giacomo Lorenzoni, Sales Manager Italia (email: giacomo.lorenzoni@sandisk.com)
  • Matteo Zammattio, Technical Manager EMEA (email: matteo.zammattio@sandisk.com)

 

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 1 giugno 2017

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