SSD為車載信息娛樂系統(tǒng)提供緊湊耐久的存儲(chǔ)選項(xiàng)

如果汽車音響系統(tǒng)可以播放多張CD，這樣的車載娛樂系統(tǒng)就曾經(jīng)是先進(jìn)系統(tǒng)配置。如今的車載信息娛樂系統(tǒng)是復(fù)雜的嵌入式子系統(tǒng)，它們把MP3音樂播放、GPS導(dǎo)航、語音識(shí)別、免提蜂窩連接、DVD視頻甚至互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等等如此多樣的功能集于一身。

　　隨著車載信息娛樂系統(tǒng)進(jìn)入更廣泛的多媒體應(yīng)用領(lǐng)域，它的存儲(chǔ)子系統(tǒng)正起著日益關(guān)鍵的作用。必須存儲(chǔ)并快速訪問音樂與視頻文件。必須快速搜索并顯示3D GPS系統(tǒng)的大型地圖數(shù)據(jù)文件，并且需要合成與存儲(chǔ)語音識(shí)別用音頻文件。

　　目前使用的多數(shù)信息娛樂系統(tǒng)都依靠加固型硬驅(qū)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些裝置一般提供40GB至50GB容量。作為一種穩(wěn)固成熟的技術(shù)，硬驅(qū)提供了若干有吸引力的優(yōu)勢。按照每GB價(jià)格看，它們?yōu)樵O(shè)計(jì)者呈獻(xiàn)了一種合算的解決方案。在那些能克服硬驅(qū)固有的尋道與旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間（例如，多數(shù)讀訪問都是順序式的）的應(yīng)用中，硬驅(qū)能在短時(shí)間內(nèi)輸送大量數(shù)據(jù)。但在目前日益復(fù)雜的車載信息娛樂系統(tǒng)中，在存儲(chǔ)子系統(tǒng)的挑選方面，其它因素起著日益重要的作用。

　　在許多應(yīng)用中，硬驅(qū)上可用的龐大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間幾乎沒有為車載信息娛樂系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供任何好處，這是因?yàn)槎鄶?shù)系統(tǒng)僅需要4GB至8GB存儲(chǔ)器就足以滿足目前的多媒體應(yīng)用了。而且，汽車業(yè)對可靠性的期望很高，對加固性的要求很苛刻，這導(dǎo)致它強(qiáng)烈偏愛一些對沖擊、振動(dòng)、高溫和濕氣有很高承受力的存儲(chǔ)子系統(tǒng)。

　　緊湊的封裝

　　鑒于這些趨勢，新一代工業(yè)級(jí)小尺寸固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)為車載信息娛樂系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了一種非常有吸引力的存儲(chǔ)選項(xiàng)。這些產(chǎn)品提供集成版或分立版。SST公司NANDrive產(chǎn)品線等等集成式NAND模塊把集成式ATA控制器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在單一封裝中。這些器件提供完整的IDE閃盤驅(qū)動(dòng)器功能與兼容型，并采用緊湊的12mm x 18mm x 1.4mm BGA封裝。設(shè)計(jì)者只須簡單地把BGA安裝在系統(tǒng)主板上。引導(dǎo)時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)由ATA或IDE接口把該器件視作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器。

　　作為一種完全基于硅且不含任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)零件的存儲(chǔ)解決方案，這些驅(qū)動(dòng)器為設(shè)計(jì)者提供了更好的機(jī)會(huì)來滿足汽車業(yè)的嚴(yán)格沖擊與振動(dòng)規(guī)范。從性能角度看，小尺寸SSD不僅消除了磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)必須執(zhí)行的尋道過程（平均需要13ms），而且提供了高達(dá)30Mbps的讀寫性能。當(dāng)前這代NANDrive器件質(zhì)量合乎工業(yè)溫度范圍的要求，并提供多達(dá)8GB存儲(chǔ)空間，未來可提供更高密度。

　　更小的尺寸

　　小尺寸SSD的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是尺寸更小，性能高。過去十年，汽車制造商向汽車中引入了越來越多的電子子系統(tǒng)，因此縮小電子設(shè)備尺寸成了一件日益優(yōu)先的工作。例如，目前的普通汽車集成了30至50個(gè)基于微控制器的系統(tǒng)。盡管硬驅(qū)制造商在縮小產(chǎn)品尺寸方面不斷取得進(jìn)展，但與替代產(chǎn)品相比，目前的驅(qū)動(dòng)器仍需要大得多的空間。例如，標(biāo)準(zhǔn)尺寸40GB硬驅(qū)是70mm x 100mm x 9.5mm，而工業(yè)級(jí)版本NANDrive則是12mm x 24mm x 1.4mm。在減輕的重量方面，僅重0.8g的NANDrive還不到硬驅(qū)重量的百分之一。

　　改善的數(shù)據(jù)完整性

　　數(shù)據(jù)完整性和延長的IC耐久性是最關(guān)鍵的存儲(chǔ)子系統(tǒng)考慮因素。如今的小尺寸SSD提供多種適合這些要求的特性。例如，為了補(bǔ)償使用NAND閃存時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的隨機(jī)讀誤差，SSD提供嵌入式誤差檢驗(yàn)與校正(ECC)電路，旨在保證數(shù)據(jù)在進(jìn)入和離開存儲(chǔ)器時(shí)的準(zhǔn)確度。例如，NANDrive提供一種8位硬件 ECC引擎。

　　壞塊管理（Bad-block management）帶來了另一個(gè)挑戰(zhàn)。與NOR閃存不同的是，NAND IC的設(shè)計(jì)允許若干壞塊。為了管理這些缺陷，基于固件的壞塊管理功能在小尺寸SSD初始化時(shí)被激活，確定這些壞塊的位置，并把它們映射到存儲(chǔ)陣列之外。固件然后指揮控制器，不讓它使用這些指定的塊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)額外的壞塊時(shí)，固件更新映射，來保證這些塊不被使用。

　　MLC體系架構(gòu)

　　寫操作耐久性構(gòu)成了汽車市場中使用小尺寸SSD的另一個(gè)障礙。閃存IC會(huì)遭遇寫操作耐久性方面的限制：在反復(fù)的擦除和寫周期之后，存儲(chǔ)器不再保留數(shù)據(jù)。IC體系結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，存儲(chǔ)單元尺寸越小，IC的耐久性就越低。

　　例如，單級(jí)單元(single-level-cell，SLC)閃存器件一般規(guī)定在100,000個(gè)周期。使用更復(fù)雜的多級(jí)單元(multi-level cell，MLC)體系結(jié)構(gòu)的器件，比如目前常用于便攜式消費(fèi)設(shè)備中的器件，一般規(guī)定在10,000個(gè)周期。小尺寸SSD制造商已開始在面向汽車市場的 SSD中只使用SLC閃存，以此減輕這一風(fēng)險(xiǎn)。

　　另外，通過在器件的固件中采用磨損均衡功能，可以延長耐久性。磨損均衡算法把年齡計(jì)數(shù)器與閃存介質(zhì)上的邏輯與物理扇區(qū)映射圖匹配起來，由此按塊或頁來跟蹤存儲(chǔ)器使用情況。對于每次寫和擦除動(dòng)作，年齡計(jì)數(shù)器都會(huì)遞增。這些復(fù)雜的算法指揮控制器，讓它把存儲(chǔ)器寫動(dòng)作轉(zhuǎn)到使用量較小的塊，由此自動(dòng)平衡存儲(chǔ)器使用量。該技術(shù)利用了閃存的所有扇區(qū)，使它們同時(shí)達(dá)到寫極限，由此使SSD耐久性最大化。

　分立與集成式SSD

　　選擇了小尺寸SSD的汽車制造商還面臨另一個(gè)抉擇。他們可以購買即插即用的集成式解決方案，或是構(gòu)建自己的使用了ATA閃存控制器的分立器件。許多因素都會(huì)影響這一抉擇。

　　在分立解決方案中，汽車制造商或子系統(tǒng)供應(yīng)商將從不同供應(yīng)商購買控制器和NAND存儲(chǔ)IC，并把這些IC安裝在板上。每個(gè)系統(tǒng)都依靠嵌入式閃存文件系統(tǒng)塊來管理主機(jī)和閃存之間的握手機(jī)制。當(dāng)閃存供貨緊張時(shí)，該方法可以利用更多供應(yīng)商，因此更靈活。但是，它也帶來了更復(fù)雜的庫存管理難題。而且，隨著NAND閃存技術(shù)的演變和供應(yīng)商的增加，控制器與存儲(chǔ)器之間的兼容問題又成了另一個(gè)潛在問題。

　　集成式解決方案簡化了采購和設(shè)計(jì)流程，這是因?yàn)樗鸭墒紸TA控制器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在一個(gè)多芯片封裝中，并且為驅(qū)動(dòng)器中的存儲(chǔ)IC優(yōu)化了控制器。這些即插即用解決方案促成了從單一廠商采購的做法，由此簡化了庫存管理流程。而且，它們還能利用堆疊式封裝方法，來顯著節(jié)省空間。

　　使用多個(gè)廠商IC的分立解決方案占據(jù)的空間可能是集成式小尺寸SSD的兩倍。由于集成式解決方案裝在單一封裝中，因此它們還在可靠性方面提供了優(yōu)勢。由于板上只有一塊芯片，因此集成式SSD的失效點(diǎn)比分立解決方案更少，并且可以更好地滿足汽車環(huán)境的沖擊與振動(dòng)要求。就NANDrive而言，整個(gè)系列都在-40℃至+85℃工業(yè)溫度范圍內(nèi)得到了廣泛測試和質(zhì)量認(rèn)證。