Kad inženieri novērtē atmiņas variantus iebūvētajām sistēmām, NAND flash vienmēr ir viena no visvairāk apspriestajām izvēlēm. Galvenais jautājums ir vai NAND flash patiešām var atbalstīt augsts ātruma datu glabāšanas prasības iebūvētajās vidēs vai arī tā raksturlielumi rada nepieņemamus kompromisu risinājumus. Īsā atbilde ir jā — NAND flash ir piemērota augsta ātruma iebūvētai datu glabāšanai — taču tikai tad, ja izmantota pareizā arhitektūra, vadības loģika un interfeisa konfigurācija. Pirms pieņemt lēmumu par dizaina izvēli, ir būtiski saprast, kā NAND flash darbojas reālos ekspluatācijas apstākļos.
Iebūvētās sistēmas aptver plašu lietojumu klāstu — no rūpnieciskajiem vadības ierīcēm un automašīnu ECU līdz patēriņa IoT ierīcēm un medicīniskajām mērierīcēm. Katrs lietojums nand flash atmiņai uzliek citus prasības attiecībā uz lasīšanas un rakstīšanas caurlaidspēju, izturību, datu saglabāšanas ilgumu un uzticamību. Pareizi izvēlēta nand flash komponente var apstrādāt intensīvus datu apstrādes apjomus, taču nepareiza izvēle vai neatbilstoša interfeisa dizains atklās nand flash tehnoloģijas iebūvētās vājības. Šajā rakstā tiek izpētīta nand flash piemērotība augsta ātruma datu glabāšanai, aplūkojot tās pamatiespējas, praktiskās ierobežojumus un dizaina nosacījumus, kas ļauj nand flash darboties optimāli.
NAND flash pamatveiktspējas raksturlielumi
Lasīšanas un rakstīšanas ātruma iespējas
Savas būtības pamatā NAND atmiņa nodrošina konkurētspējīgas lasīšanas ātrumus, kas to padara piemērotu daudzām augsta ātruma iegultajām lietojumprogrammām. Mūsdienu NAND atmiņas ierīces var nodrošināt secīgu lasīšanas caurlaidi, kas pārsniedz vairākus simtus megabaitu sekundē, ja tās ir savienotas ar piemērotu saimniekierīces interfeisu, piemēram, SPI, QSPI vai paralēlo busu arhitektūru. NAND atmiņas lasīšanas cikls parasti ir ātrāks nekā rakstīšanas cikls, kas nozīmē, ka sistēmas, kurās dominē lasīšana, visvairāk izprot NAND atmiņas bruto veiktspēju. Jauktiem lasīšanas un rakstīšanas slodzes veidiem NAND atmiņa joprojām darbojas pietiekami labi, ja kompetents flash tulkošanas slānis pārvalda pamatā esošās bloku operācijas.
Rakstīšanas veiktspēja NAND flash ir iebūvēti asimetriska. NAND flash rakstīšanas operācijai jādarbojas līmenī lapas, kamēr dzēšanas operācijas darbojas līmenī bloks. Tas nozīmē, ka jaunu datu rakstīšana NAND flash prasa visu bloku izdzēšanu pirms atkārtotas programmēšanas atsevišķās lapās, kas rada latenci, ja šis process netiek rūpīgi pārvaldīts. Iegultajiem sistēmām, kas atkarīgas no NAND flash augtas ātruma rakstīšanai, ir jārealizē buferēšanas stratēģijas un nodiluma izlīdzināšanas algoritmi, lai paslēptu šo strukturālo kavēšanos un nodrošinātu nepārtrauktu caurlaidspēju no NAND flash ierīces.
Interfeisa opcijas, kas atbloķē NAND flash ātrumu
Interfeiss, kas savieno galveno procesoru tieši ar NAND atmiņu, nosaka, cik lielu daļu no NAND atmiņas ierīces potenciālās ātruma iespējas faktiski izmanto. Seriālā perifērijas interfeisa (SPI) konfigurācijas ļauj NAND atmiņai darboties ar mazāku kontaktu skaitu, vienlaikus saglabājot pieņemamus pārsūtīšanas ātrumus. Četrkāršā SPI NAND atmiņas konfigurācijas palielina datu joslas platumu, vienlaikus izmantojot četras datu līnijas, tādējādi četrkāršā SPI NAND atmiņa kļūst par vēlamāko izvēli izmaksu jutīgās iebūvētās sistēmās, kurām tomēr nepieciešama būtiska datu caurlaide. Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augstākā iespējamā veiktspēja, paralēlā NAND atmiņa, kas pieslēgta caur speciālu atmiņas busu, nodrošina zemāko latenci un augstāko ilgstošo joslas platumu, ko piedāvā NAND atmiņas arhitektūras.
Apstākļi, kuros NAND atmiņa darbojas vislabāk
Programmatūras glabāšana un koda izpilde
Viens no stiprākajiem NAND atmiņas lietojumiem iebūvētajos sistēmās ir programmatūras attēlu un izpildāmā koda glabāšana. Kad NAND atmiņa tiek kombinēta ar izpildi vietā (execute-in-place) iespēju vai ēnas RAM buferi, procesors var ātri iegūt instrukcijas no NAND atmiņas, neietekmējot reāllaika veiktspēju ar kavēšanās parādībām. Rūpnieciskās iebūvētās platformas bieži balstās uz NAND atmiņu operētājsistēmas, starta загрузчика un lietojumprogrammu bināro failu glabāšanai, jo NAND atmiņa nodrošina labu līdzsvaru starp krātuves blīvumu, enerģijas patēriņu un piekļuves ātrumu šādām salīdzinoši lasīšanai vairāk orientētām darbloadiem.
Datu reģistrēšanas lietojumprogrammām NAND atmiņa ir ļoti efektīva, ja rakstīšana notiek secīgi un reģistrēšanas vadītājs gudri pārvalda bloku robežas. Secīgais rakstīšanas modelis dabiski atbilst NAND atmiņas lappušu programmēšanas modelim, kas ļauj NAND atmiņas ierīcei uzturēt augstus rakstīšanas ātrumus bez nepārtrauktiem dzēšanas un pārrakstīšanas cikliem, kuri samazinātu veiktspēju. Automobiļu melnās kastes ierīces un rūpnieciskās notikumu reģistrētājas ir praktiski piemēri, kur NAND atmiņa efektīvi un uzticami apstrādā augtātrumīgu secīgu rakstīšanu ilgstošā ekspluatācijas laikā.
Izturība un datu saglabāšana atbilst lietojumprogrammu vajadzībām
NAND atmiņas piemērotība konkrētai iebūvētai lietojumprogrammai arī ir atkarīga no tā, vai NAND atmiņas izturības rādītāji atbilst sistēmas faktiskajām rakstīšanas ciklu prasībām. SLC NAND atmiņa, kas uzglabā vienu bitu uz šūnu, piedāvā augstāko izturību un visātrāko programmatūras ātrumu starp visām NAND atmiņas variantiem. MLC un TLC NAND atmiņa samaina daļu izturības un bruto ātruma pret lielāku uzglabāšanas blīvumu uz čipa, tādējādi padarot tos piemērotus lietojumprogrammām, kur rakstīšanas cikli ir mēreni un svarīga ir cena par gigabaitu.
Praktiskās NAND atmiņas ierobežojumi augsto ātrumu projektos
Kļūdu novēršanas kods (ECC) un vadītāja pārslodze
NAND atmiņa pašai par sevi nav bez kļūdām. Kad NAND atmiņas šūnas vecumā iet cauri programmatūras ierakstīšanas un dzēšanas cikliem, bitu kļūdu biežums palielinās. Augstas blīvuma NAND atmiņas varianti ir vairāk pakļauti bitu kļūdām nekā SLC NAND atmiņa, tāpēc datu integritātes saglabāšanai nepieciešami spēcīgāki kļūdu izlabošanas kodu (ECC) apstrādes moduļi. ECC apstrādes aprēķinu slodze var izraisīt latenci datu ceļā, ko iegulto sistēmu projektētājiem jāņem vērā, norādot NAND atmiņas veiktspējas prasības. Pareizi izstrādāts NAND atmiņas kontrolieris ar aparatūras paātrinātu ECC minimizē šo slodzi un saglabā efektīvo NAND atmiņas caurlaidību tuvu ierīces norādītajiem parametriem.
Jaudas un temperatūras apsvērumi
NAND atmiņas veiktspēja ir jutīga pret barošanas sprieguma stabilitāti un darbības temperatūru. Sprieguma svārstības NAND atmiņas rakstīšanas vai dzēšanas operāciju laikā var izraisīt datu sabojāšanos, tāpēc uzticama NAND atmiņas darbība prasa izcilu barošanas avota projektēšanu. Rūpnieciskajos un automašīnu iegultajos sistēmās, kur darbības temperatūru diapazons ir plašs, projektētājiem jāpārliecinās, ka izvēlētais NAND atmiņas komponents ir sertificēts visam darbības temperatūru diapazonam. Rūpnieciskās kvalitātes NAND atmiņas komponenti ir norādīti paplašinātai temperatūru skalai un tiek ražoti ar stingrākiem procesa kontroles pasākumiem, kas palīdz nodrošināt NAND atmiņas uzticamību grūtās darbības apstākļos.
Viens labi vērtēts komponents šajā jomā ir nAND Flash saderīga secvenču flash atmiņa, kas pieejama SOP8 iepakojumā un nodrošina kompaktu, izturīgu risinājumu iegultajām sistēmām, kurām nepieciešama uzticama un ātra datu glabāšana ierobežotā datorplates vietas apstākļos. NAND flash komponentu iegādes laikā ir vienlīdz svarīgi pārbaudīt piegādes ķēdes autentiskumu un komponentu sertifikāciju, lai nodrošinātu stabili sistēmas darbību.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai NAND flash var atbalstīt reāllaika datu rakstīšanu iegultajās sistēmās?
Jā, NAND flash var atbalstīt reāllaika datu rakstīšanu, ja iegulta sistēma izmanto flash tulkošanas slāni vai aprīkojuma vadītāju, kas asinhroni pārvalda lappušu programmēšanu un bloku dzēšanu. Bufurēšanas stratēģijas ļauj lietotnei rakstīt augsta ātruma režīmā, kamēr NAND flash ierīce fona režīmā veic iekšējās operācijas, efektīvi atdalot NAND flash latenci no reāllaika datu ceļa.
Kāda ir atšķirība starp SLC un MLC NAND flash iegultajām lietojumprogrammām?
SLC NAND atmiņa saglabā vienu bitu uz šūnu, nodrošinot ātrākus rakstīšanas ātrumus, augstāku izturību un labāku datu saglabāšanu salīdzinājumā ar MLC NAND atmiņu, kas saglabā divus bitus uz šūnu. Iegulbtajām lietojumprogrammām, kurām nepieciešamas ātras rakstīšanas operācijas un ilgs kalpošanas laiks, SLC NAND atmiņa ir vēlamākais risinājums. MLC NAND atmiņa ir piemērotāka lietojumprogrammām, kurās prioritāte ir krātuves blīvums, nevis maksimālais rakstīšanas veiktspēja un izturība.
Kā interfeisa izvēle ietekmē NAND atmiņas veiktspēju iegultajos dizainos?
Hosta interfeiss nosaka, cik ātri dati tiek pārsūtīti starp procesoru un NAND flash. Quad-SPI NAND flash konfigurācijas nodrošina četrreiz lielāku datu joslas platumu salīdzinājumā ar standarta vienbita SPI NAND flash savienojumiem, kas ievērojami uzlabo lasīšanas un secīgās rakstīšanas veiktspēju. Paralēlie NAND flash interfeisi nodrošina vēl augstāku joslas platumu, bet prasa vairāk signālu līniju un rūpīgu PCB izvietojumu. Pareizā interfeisa izvēle konkrētajai lietojumprogrammai nodrošina, ka NAND flash komponents darbojas pie vai tuvu tā norādītajai maksimālajai ātrumam.
EN
