Partie intégrante de l'internet des objets (IdO), machine-to–machine (M2M) fait référence aux technologies de connectivité qui permettent à des applications informatiques intégrées, à des processeurs, des capteurs et d'autres périphériques au sein de la même infrastructure de communication de communiquer les uns avec les autres avec un minimum d'intervention humaine. Une solution système M2M comprend le matériel, le logiciel hébergé et les services nécessaires pour développer facilement des applications. Elle comprend également des appareils de communication filaires et sans fil, des modules et des adaptateurs. En outre, une solution M2M fournit des services de stockage, de messagerie et de gestion qui connectent des ressources distantes, des applications d'entreprise, et bien plus encore.
Dans des environnements complexes, les dispositifs M2M sont des dispositifs autonomes équipés d'une interface spécifique (par exemple, USB), d'une pile mémoire volatile et non volatile, d'applications, d'un système d'exploitation et de pilotes de périphériques. (Voir figure 1.) En règle générale, les appareils M2M utilisent une forme de mémoire flash pour le stockage de code et une mémoire volatile, telle que SRAM ou DRAM, à des fins de mise en cache ou de mise en tampon. Parce que les services M2M sont si variés, leur déploiement nécessite l'utilisation d'applications sur le dispositif d'hébergement pouvant traiter les informations et la communication M2M et, dans certains cas, fournir un canal de communication sécurisé pour les applications qui traitent des transactions financières comme les terminaux point de vente (POS).
Ces types d'environnements de système ajoutent de la complexité aux exigences de mémoire du système. La technologie mémoire est importante, qu'elle soit utilisée pour le stockage ou pour permettre le traitement de nouveaux types de données afin d'améliorer l'efficacité et accroître l'intelligence dans les systèmes. Plusieurs facteurs entrent dans le processus de prise de décision afin de sélectionner les bons composants et l'un ne peut pas être sacrifié au profit d'un autre. Une solution moins coûteuse peut ne pas résoudre les problèmes de longévité, qui sont indispensables pour les produits M2M qui ont des durées de vie plus longues. Cet article se concentre sur les défis liés à la sélection de la mémoire non volatile appropriée (NVM) pour les applications M2M et quelques-uns des facteurs clés à prendre en compte.
Éléments à prendre en compte concernant la mémoire Flash pour les solutions M2M de courte portée
Les solutions M2M de courte portée englobent des capteurs et des dispositifs au sein de la même infrastructure réseau, comme un réseau local (LAN) ou un réseau local personnel (PAN). Les solutions de courte portée comprennent de nombreuses technologies de communication sans fil allant de diverses options propriétaires à des options standardisées telles que le Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee et Z-Wave. Ces normes continueront d'évoluer pour suivre les exigences des communications M2M et pour soutenir et assurer l'interopérabilité avec la liste d'applications en augmentation constante.
La mémoire embarquée domine le paysage des solutions M2M de courte portée qui utilisent le Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, et d'autres technologies. La mémoire embarquée économise de l'espace, offre un temps de démarrage plus rapide et contribue à améliorer l'efficacité à exécuter sur place (XiP). Cependant, il y a des inconvénients dont on doit tenir compte dans le développement de système.
Le plus grand inconvénient est que la mémoire embarquée est de densité faible et pose le risque de manquer de bits en fonction des dernières révisions des logiciels. Il est donc prudent d'intégrer de la mémoire externe, comme une mémoire flash série NOR 128 Mo ou NAND de 1Go-2Go, pour s'assurer qu'il y a suffisamment de bits pour le code de programme et maintenir une image de la version précédente en cas de pannes de courant.
La mémoire embarquée est également limitée dans les cycles d'écriture et peut ne pas être adaptée au stockage paramétrique, en particulier dans les applications qui ont besoin de mettre à jour les données des paramètres système à plusieurs reprises au cours de la durée de vie de l'application. Bien que cette limitation peut être surmontée grâce à la mémoire cache, elle se fait au détriment de coûts supplémentaires du système. Le dernier point est la nécessité de tenir compte de l'augmentation de la puissance du système actif pour les mises à jour de la mémoire flash et le choc sur l'efficacité globale du système au cours des cycles d'effacement et d'écriture.
Éléments à prendre en compte concernant la mémoire Flash pour les solutions M2M de longue portée
Les solutions M2M de longue portée exigent une connectivité permanente pour les capteurs et les appareils dans de grandes infrastructures qui traversent plusieurs limites de réseau. La technologie cellulaire est l'application la plus courante pour ces solutions. Les modules M2M cellulaires sont disponibles dans des versions 2G et 3G/4G. Les réseaux 3G sont basés sur la norme mondiale HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), qui est compatible avec les architectures du microprocesseur commun (MPU) et permet des expériences de navigation et multimédia riches et en temps réel. Les réseaux 3G continueront d'être un choix international populaire par rapport aux réseaux 2G plus lents et continueront d'avoir de nouveaux abonnés.
Le nombre de connexions IdO cellulaires devrait presque doubler au cours des trois prochaines années. Les fournisseurs de services cellulaires mettent l'accent sur la mise à niveau des réseaux 4G LTE pour pouvoir traiter les services de données haute capacité plus efficacement. Les opérateurs de réseaux de téléphonie mobile (MNO) qui déploient des services M2M générateurs de revenus tirent parti des réseaux 3G et 4G pour utiliser les ressources du réseau. Par conséquent, les fournisseurs de modules M2M excluent les modules certifiés 2G des nouvelles conceptions pour s'adapter à de nouvelles solutions de composants et à la fabrication state-of-the-art. Les modules M2M 3G sont, par conséquent dans le point de convergence de la croissance du marché et devraient occuper près de la moitié des connexions M2M cellulaires d'ici 2016.
Éléments à prendre en compte en matière de performances, de densité, de coûts et d'emballage
La figure 3 montre un module M2M cellulaire type, comprenant une pile logicielle. Les exigences de la mémoire flash varient de 32 Mo pour les modules cellulaires 2G à 4Go pour les modules cellulaires 4G. Les modules cellulaires 2G ont des vitesses de modem plus lentes et ont un encombrement mémoire plus petit de 32 Mo/64 Mo pour le code de communication critique. Ici, flash NOR est la mémoire de choix ; son architecture à exécuter sur place (XIP) permet l'exécution de code sur la mémoire flash et ne nécessite que 16 Mo-32 Mo de PSRAM en mémoire de travail ou mise en cache étendue. Les modules cellulaires 3G/4G ont des exigences de performances et de densité plus élevées. Le code de communication critique est beaucoup plus élevé et le système doit stocker une copie de l'image logicielle et des versions de middleware Java. Cela fait augmenter l'exigence de densité jusqu'à 4 Go pour la mémoire flash NAND. Du point de vue des coûts, NAND SLC est un choix idéal pour les densités de 1 Go et plus.
Le passage à la mémoire flash NAND signifie cependant, que le code ne peut pas être exécuté directement sur le flash ; mais devra plutôt être téléchargé dans la mémoire RAM pour être exécuté. On parle alors de stocker et télécharger (SnD, store and download) ou d'architecture de la mémoire informatique et cela provoque l'augmentation significative des exigences de la DRAM externe pour mettre en mémoire fantôme et exécuter le code. Même avec l'augmentation de la DRAM, cependant, la solution globale de la mémoire sera d'égalité de prix avec un flash NOR et une solution de DRAM de plus faible densité.
En raison du petit facteur forme des modules M2M, des paquets multi-puces (MCP) sont utilisés de préférence car ils offrent des gains importants dans l'espace de carte par rapport aux composants Flash et DRAM distincts. La figure 5 illustre un exemple de solution de 1 Go NAND/512Mo LPDRAM MCP dans un paquet 8 x 9 x 1 mm bien adapté à un module M2M 3G/4G.
Durée de vie du produit
La mémoire flash NOR a un meilleur bilan que la mémoire flash NAND pour soutenir les applications automobiles, industrielles et médicales caractérisées par des cycles de vie longs et la durée de vie moyenne d'un module M2M est généralement supérieure à 10 ans. La mémoire flash NOR est également autonome dans la gestion de toutes les fonctions de mémoire, tandis que la mémoire NAND est dépendante du processeur pour gérer les fonctions de la mémoire, y compris la gestion ECC et des blocs défectueux et le nivellement d'usure. Cela peut rendre difficile d'étendre le support à travers et sur la durée de vie du produit et la technologie NAND diminue parce qu'il est difficile d'assurer que les caractéristiques de la mémoire NAND resteront inchangées à travers les modifications de géométrie.
Scénarios de cas d'utilisation
La capacité de mises à jour de mémoire dans le système est l'un des principaux avantages offerts par la mémoire flash aux applications intégrées qui nécessitent généralement environ 100 000 cycles PROGRAMMER et EFFACER et une rétention des données minimale de 10 ans. La mémoire flash NOR répond normalement à cette exigence grâce à plusieurs générations de réduction de géométries. Dans le cas de la mémoire flash NAND, les caractéristiques varient avec la réduction de la lithographie. L'effet est encore plus prononcé dans les technologies inférieures à une géométrie de 30 nm, comme le montre la figure 6, où les exigences ECC augmentent de manière significative et les cycles PROGRAMMER et EFFACER deviennent limités pour les applications intégrées.
Le scénario de cas d'utilisation devient un facteur critique dans le choix de la mémoire flash qui est la mieux adaptée pour une application spécifique. Ainsi, les applications qui utilisent l'architecture SnD, où le code est copié dans la mémoire DRAM pendant le démarrage et les mises à jour sont peu fréquentes, peuvent exploiter les avantages en termes de coûts de la mémoire flash NAND, en particulier lorsque l'exigence de densité du code dépasse 1 Go de mémoire. D'autre part, une évaluation plus prudente du scénario de cas d'utilisation est nécessaire pour les applications M2M, où les mises à jour fréquentes de données et de code feront augmenter les exigences du cycle PROGRAMMER et EFFACER au-delà des limites de la technologie.
Conclusion
Les dispositifs M2M connectent de nouveaux lieux (tels que les ateliers de fabrication, les réseaux énergétiques, les installations de soins de santé et les systèmes de transport) à Internet. Lorsqu'un objet peut se représenter numériquement, il peut être contrôlé de n'importe où. Cette connectivité signifie plus de données recueillies auprès de davantage de lieux avec plus de moyens pour augmenter l'efficacité et améliorer la sécurité. La hausse des demandes de données ont fait augmenter de façon exponentielle les bits nécessaires pour le stockage et l'exécution des actions requises par les données. Les performances, la densité, le coût, l'emballage, la durée de vie, les scénarios de cas d'utilisation sont des facteurs clés dans le choix de la solution de mémoire appropriée pour vos produits M2M.