NAND atminties mikroschemos tapo viena plačiausiai aptarinėjamų saugojimo technologijų šiuolaikinėje elektronikoje – ir tai visiškai pagrįsta. Kadangi pramoninės automatizacijos sistemos ir automobilių platformos reikalauja greitesnio, patikimesnio ir kompaktiškesnio duomenų saugojimo, NAND atminties mikroschemos tapo vienu iš pagrindinių sprendimų, tenkinančių šiuos reikalavimus. Norint suprasti, ar NAND atminties mikroschemos tikrai gali veikti šiose ekstremaliomis aplinkose, būtina išsamiai įvertinti jų technines galimybes, apribojimus bei projektavimo strategijas, kurios leidžia joms veikti nepertraukiamai net sunkiausiomis eksploatacijos sąlygomis.
Trumpas atsakymas – taip – NAND atmintis gali palaikyti pramoninę automatizaciją ir automobilių pritaikymus, tačiau tik po atidžios atrankos ir sisteminio projektavimo. Standartinės vartotojų klasės NAND žiburiukai nėra sukurti tam, kad išlaikytų temperatūros kraštutinumus, virpesius, maitinimo netolygumus ir ilgą tarnavimo trukmę, kuriuos pramoniniai ir automobilių aplinkos dažnai sukelia. Pramoninės klasės ir automobilių klasės NAND žiburiukų gaminiams, priešingai, specialiai patvirtinta tinkamumas šiems iššūkiams įveikti. Šiame straipsnyje aptariama, kas daro NAND žiburiukus tinkamais šioms srityms, ir kokie veiksniai inžinieriams turi būti įvertinti renkantis tinkamą NAND žiburiukų sprendimą.
NAND žiburiukų pagrindai pramoniniam naudojimui
Kuo NAND žiburiukai skiriasi nuo kitų saugyklos tipų
NAND atmintinė yra nešiojamosios atminties tipas, kuris duomenis išlaiko net ir be maitinimo, todėl ji yra esminė įterptųjų sistemų, reikalaujančių nuolatinės saugojimo vietos, veikimui. Skirtingai nei DRAM, NAND atmintinė netenka savo turinio, kai maitinimas nutraukiamas. Skirtingai nei tradiciniai kietieji diskai, NAND atmintinė neturi judančių dalių, todėl ji žymiai atsparesnė smūgiams ir virpėjimams. Šios savybės nedelsiant padaro NAND atmintinę stipriu kandidatu pramoninės automatizacijos ir automobilių pritaikymams, kur mechaninė patikimumo ir duomenų išsaugojimo reikalavimai yra neabejotini.
NAND „flash“ atmintis duomenis saugo atminties elementuose, išdėstytuose masyvuose, o kiekvienas elementas gali laikyti vieną bitą (SLC), du bitus (MLC) ar daugiau bitų (TLC, QLC). Pramoninės automatizacijos ir automobilių pritaikymams dažnai renkamasi SLC NAND „flash“ atmintis, nes ji užtikrina žymiai didesnę ištvirkumą, greitesnius rašymo greičius ir geriau išlaiko duomenis aukštesnėse temperatūrose. MLC NAND „flash“ atmintis taip pat gali būti naudojama mažiau reikalaujančiose pramoninėse situacijose, jei valdiklis ir programinė įranga tinkamai sureguliuoti. Todėl NAND „flash“ atminties elementų tipo pasirinkimas yra vienas pirmųjų sprendimų, kurį inžinieriai turi priimti, kurdami gaminius šioms rinkoms.
Temperatūros diapazonas ir aplinkos sąlygų kvalifikacija
Pramoninės klasės NAND atminties mikroschemos paprastai yra nustatytos veikti temperatūros diapazone nuo minus 40 laipsnių Celsijaus iki plius 85 laipsnių Celsijaus, tuo tarpu automobilių pramonės klasės NAND atminties mikroschemos dažnai išplečiamos iki plius 105 ar net plius 125 laipsnių Celsijaus. Šis šiluminis atsparumas yra itin svarbus, nes NAND atmintis, naudojama variklio valdymo blokuose, akumuliatorių valdymo sistemose arba gamyklinėje automatizacijoje, reguliariai susiduria su ekstremaliomis temperatūromis, kurios suardytų arba sunaikintų įprastas vartotojų klasės NAND atminties mikroschemas. Todėl tinkamos NAND atminties mikroschemos klasės pasirinkimas – tai ne tik našumo, bet ir ilgalaikės patikimumo sprendimas.
NAND atmintis automobilių taikymuose
Pagrindiniai naudojimo būdai automobilių sistemose
Automobilio pritaikymai NAND atmintinai apima įvairiausius sistemas. NAND atmintinė naudojama pažangiose vairuotojo pagalbos sistemose (ADAS), informacinėse ir pramoginėse platformose, prietaisų skydeliuose, telematikos įrenginiuose ir „over-the-air“ (OTA) programinės įrangos naujinimo moduliuose. Kiekviename iš šių naudojimo būdų NAND atmintinė turi užtikrinti nuolatinę skaitymo ir rašymo našumą, tuo pat metu atlaikydama automobilių aplinkos specifines apkrovas, įskaitant įtampų viršukus, elektromagnetinę sąsają ir stačią temperatūros kaitą. Automobiliams pritaikyti NAND atmintinės gaminiai yra testuojami ir sertifikuoja pagal AEC-Q100 standartus, kurie užtikrina, kad jie atitiktų automobilių tiekimo grandinės griežtus kokybės ir patikimumo reikalavimus.
Galiai prarasti apsauga yra dar viena sritis, kurioje NAND atminties projektavimas automobilių kontekste turi didelės reikšmės. Staigūs maitinimo nutraukimai – dėl užvedimo ciklų ar elektros gedimų – gali sugadinti duomenis, saugomus NAND atmintyje, jei įrenginys neturi tinkamų maitinimo nutraukimo apsaugos mechanizmų. Automobilinės klasės NAND atminties sprendimai dažniausiai naudojami kartu su valdikliais, kurie įtraukia maitinimo praradimo apsaugos logiką, užtikrinančią duomenų vientisumą net tada, kai transporto priemonės elektros sistema patiria netikėtą išsijungimą. Tai padaro NAND atmintį patikima pasirinkimu saugos kritiniams automobilinėms duomenų saugyklos poreikiams, kai naudojami tinkami komponentai ir architektūra.
Ištvermės ir duomenų išlaikymo reikalavimai
Automobilinės sistemos dažnai tarnauja dešimt metų ar ilgiau, todėl kiekvienam komponentui, įskaitant NAND atmintinę, keliami griežti ištvermės reikalavimai. NAND atmintinės ištvermė matuojama programavimo-ištrynimų (P/E) ciklais, o SLC NAND atmintinė paprastai gali ištverti 100 000 ar daugiau P/E ciklų, todėl ji puikiai tinka dažnai rašančioms automobilinėms registravimo ir valdymo programoms. MLC pagrindu sukurta NAND atmintinė su pažangiais nusidėvėjimo išlyginimo algoritmais taip pat gali atitikti automobilinės pramonės ištvermės reikalavimus skaitomuosiuose naudojimo atvejuose. Duomenų išlaikymas – tai NAND atmintinės gebėjimas metų bėgyje išlaikyti įrašytus duomenis neturint maitinimo – yra vienodai svarbus, o automobilinės klasės NAND atmintinė yra patvirtinta tokiam duomenų išlaikymui, kuris atitinka arba viršija automobilio eksploatacijos trukmės lūkesčius.
NAND atmintinė pramoninėje automatikoje
NAND atmintinės integravimas su programuojamąja logika ir valdymo sistemomis
Pramonės automatizavime NAND žibintinė atmintis dažnai veikia kartu su programuojamaisiais loginiais įrenginiais, mikrovaldikliais ir FPGA, kad būtų saugoma programinė įranga, konfigūracijos duomenys ir veiklos žurnalai. NAND žibintinė atmintis tarnauja kaip nuolatinės atminties sluoksnis programuojamuose loginiuose valdikliuose (PLC), žmogaus ir mašinos sąsajos (HMI) įrenginiuose bei krašto skaičiavimo mazguose. NAND žibintinės atminties galimybė rašyti ir ištrinti duomenis sistemoje leidžia atnaujinti programinę įrangą, koreguoti parametrus ir registruoti gedimus, nešalinant įrenginio iš įrangos. Ši programavimo galimybė sistemoje daro NAND žibintinę atmintį labai praktišku saugyklos sprendimu sudėtingose pramonės automatizavimo architektūrose.
NAND atmintukų su FPGA ir pramoninės klasės loginėmis IC kombinacija leidžia inžinieriams kurti labai lankstius ir mastelio keitimo galimybę turinčius automatizacijos platformas. Pavyzdžiui, FPGA gali vykdyti realiojo laiko valdymo logiką, tuo tarpu NAND atmintukas saugo konfigūracijos bitų srautą ir programinės įrangos duomenis. Ši kombinacija dažnai naudojama robotikoje, CNC įrangoje ir technologinių procesų valdymo sistemose, kur svarbūs našumas, prisitaikymo gebėjimas ir ilgalaikė patikimumas. Šiuose projektuose būtina naudoti pramoninės klasės NAND atmintukus, kurie atitinka išplėstines temperatūros ir patikimumo specifikacijas, o jų įsigijimas iš kvalifikuotų tiekėjų užtikrina, kad galutinė sistema atitiktų numatytą eksploatacijos trukmę.
Pramoninės NAND atmintukų patikimumo standartai ir sertifikavimas
Pramoninis NAND atminties mikroschemų naudojimas reiškia griežtus kvalifikavimo procesus, į kuriuos įeina išplėstinio temperatūros diapazono bandymai, drėgmės poveikio bandymai, virpesių ir smūgio bandymai bei greitintos tarnavimo trukmės bandymai. Atitiktis tokiems standartams kaip IEC 61508 funkcinei saugai arba ISO 26262 automobilių saugai suteikia inžinieriams papildomą saugumo garantiją kuriant saugos kritines sistemas. Įvertinant NAND atminties mikroschemas pramoninėje automatizacijoje inžinieriai turėtų patikrinti komponento kvalifikavimo dokumentus, veikimo tarnavimo trukmės reitingus bei suderinamumą su tikslinės sistemos valdiklio sąsaja – nepriklausomai nuo to, ar tai SPI, lygiagreti NAND arba eMMC sąsaja. Tinkamas NAND atminties mikroschemų kvalifikavimas pašalina didelę lauko gedimų rizikos šaltinį pramoninėse sistemose.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kokia yra skirtumas tarp vartotojų klasės ir pramoninės klasės NAND atminties mikroschemų?
Vartotojų klasės NAND atmintinė yra suprojektuota veikti vidutinėse temperatūros ribose ir turi ribotą ciklų ištvermę, todėl ji tinkama asmeninėms elektroninėms prietaisams. Pramonės klasės NAND atmintinė sukurtą veikti patikimai platesnėse temperatūros ribose, su didesniu programavimo/šalinimo (P/E) ciklų skaičiumi ir sunkesnėmis aplinkos sąlygomis. Be to, pramonės klasės NAND atmintinė paprastai yra tikrinama griežtesniais kvalifikaciniais bandymais nei vartotojų klasės variantai.
Ar NAND atmintinę galima naudoti saugos kritinėse automobilių sistemose?
Taip, automobilių klasės NAND atmintinė, sertifikuota pagal AEC-Q100 standartą, gali būti naudojama saugos kritinėse sistemose, jei ji derinama su tinkama klaidų korėkcija, maitinimo nutraukimo apsauga ir sistemos lygio saugos projektavimu. Inžinieriai privalo patikrinti, ar pasirinkta NAND atmintinė atitinka konkrečios programinės įrangos funkcines saugos reikalavimus, įskaitant atitinkamus ISO 26262 standarto saugos integralumo lygius (ASIL).
Kaip NAND atmintinės ištvermė veikia pramonės sistemų projektavimą?
NAND atminties patikimumas, matuojamas P/E ciklais, tiesiogiai veikia tai, kaip ilgai šis saugyklos komponentas tarnaus esant sistemos numatytam rašymo našumui. Inžinieriai turi apskaičiuoti numatomą rašymo apimtį per gaminio eksploatacijos laikotarpį ir pasirinkti NAND atminties tipą — SLC, MLC ar TLC — kurio patikimumo rodiklis viršytų šią našumą. NAND atminties valdiklyje įdiegtos dėvėjimosi išlyginimo (wear-leveling) algoritmai padeda vienodai paskirstyti rašymo operacijas ir pratęsti NAND atminties įrenginio naudingą gyvavimo trukmę.
EN
