車載信息娛樂系統(tǒng)緊湊存儲-SSD

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)進入更廣泛的多媒體應(yīng)用領(lǐng)域，它的存儲子系統(tǒng)正起著日益關(guān)鍵的作用。必須存儲并快速訪問音樂與視頻文件。必須快速搜索并顯示3DGPS系統(tǒng)的大型地圖數(shù)據(jù)文件，并且需要合成與存儲語音識別用音頻文件。
　　
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價格看，它們?yōu)樵O(shè)計者呈獻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)存儲空間幾乎沒有為車載信息娛樂系統(tǒng)設(shè)計者提供任何好處，這是因為多數(shù)系統(tǒng)僅需要4GB至8GB存儲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)致它強烈偏愛一些對沖擊、振動、高溫和濕氣有很高承受力的存儲子系統(tǒng)。
　　
緊湊的封裝
　　
鑒于這些趨勢，新一代工業(yè)級小尺寸固態(tài)驅(qū)動器(SSD)為車載信息娛樂系統(tǒng)設(shè)計者提供了一種非常有吸引力的存儲選項。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)動器功能與兼容型，并采用緊湊的12mmx18mmx1.4mmBGA封裝。設(shè)計者只須簡單地把BGA安裝在系統(tǒng)主板上。引導(dǎo)時，系統(tǒng)經(jīng)由ATA或IDE接口把該器件視作系統(tǒng)驅(qū)動器。
　　
作為一種完全基于硅且不含任何機械運動零件的存儲解決方案，這些驅(qū)動器為設(shè)計者提供了更好的機會來滿足汽車業(yè)的嚴格沖擊與振動規(guī)范。從性能角度看，小尺寸SSD不僅消除了磁盤存儲系統(tǒng)必須執(zhí)行的尋道過程（平均需要13ms），而且提供了高達30Mbps的讀寫性能。當前這代NANDrive器件質(zhì)量合乎工業(yè)溫度范圍的要求，并提供多達8GB存儲空間，未來可提供更高密度。
　　
更小的尺寸
　　
小尺寸SSD的兩個主要優(yōu)點是尺寸更小，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展，但與替代產(chǎn)品相比，目前的驅(qū)動器仍需要大得多的空間。例如，標準尺寸40GB硬驅(qū)是70mmx100mmx9.5mm，而工業(yè)級版本NANDrive則是12mmx24mmx1.4mm。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，為了補償使用NAND閃存時可能會出現(xiàn)的隨機讀誤差，SSD提供嵌入式誤差檢驗與校正(ECC)電路，旨在保證數(shù)據(jù)在進入和離開存儲器時的準確度。例如，NANDrive提供一種8位硬件ECC引擎。
　　
壞塊管理（Bad-blockmanagement）帶來了另一個挑戰(zhàn)。與NOR閃存不同的是，NANDIC的設(shè)計允許若干壞塊。為了管理這些缺陷，基于固件的壞塊管理功能在小尺寸SSD初始化時被激活，確定這些壞塊的位置，并把它們映射到存儲陣列之外。固件然后指揮控制器，不讓它使用這些指定的塊。當發(fā)現(xiàn)額外的壞塊時，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的另一個障礙。閃存IC會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，存儲器不再保留數(shù)據(jù)。IC體系結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，存儲單元尺寸越小，IC的耐久性就越低。
　　
例如，單級單元(single-level-cell，SLC)閃存器件一般規(guī)定在100,000個周期。使用更復(fù)雜的多級單元(multi-levelcell，MLC)體系結(jié)構(gòu)的器件，比如目前常用于便攜式消費設(shè)備中的器件，一般規(guī)定在10,000個周期。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，以此減輕這一風險。
　　
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器使用情況。對于每次寫和擦除動作，年齡計數(shù)器都會遞增。這些復(fù)雜的算法指揮控制器，讓它把存儲器寫動作轉(zhuǎn)到使用量較小的塊，由此自動平衡存儲器使用量。該技術(shù)利用了閃存的所有扇區(qū)，使它們同時達到寫極限，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IC，并把這些IC安裝在板上。每個系統(tǒng)都依靠嵌入式閃存文件系統(tǒng)塊來管理主機和閃存之間的握手機制。當閃存供貨緊張時，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，控制器與存儲器之間的兼容問題又成了另一個潛在問題。
　　
集成式解決方案簡化了采購和設(shè)計流程，這是因為它把集成式ATA控制器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在一個多芯片封裝中，并且為驅(qū)動器中的存儲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)境的沖擊與振動要求。就NANDrive而言，整個系列都在-40℃至+85℃工業(yè)溫度范圍內(nèi)得到了廣泛測試和質(zhì)量認證。