工業製造、軍事通信、ネットワークなどの最新のアプリケーションは、稼働時間と生産性を確保するためにIoT + 組み込みコンピューティングに大きく依存しています。より小型で強力な組み込みコンピュータに対する顧客の需要が高まるにつれて、これらのコンピュータ内でよりコンパクトなデータ ストレージ テクノロジの必要性も高まります。この記事では、高速かつコンパクトなFerriSSD® ストレージ テクノロジーが、コンピューター オン モジュール (COM) 設計の安全性と信頼性をどのように向上させるかについて説明します。
COMは、軍事、輸送、医療、エンターテイメント、ネットワーク、産業機器市場における組み込みコンピューティングで最も広く採用されているハードウェア フォーマットです。COM形式の人気は、組み込みシステム開発の高速化、リスクとコストの削減、システムのカスタマイズの自由度など、多くの利点によるものです。標準フォーム ファクタでCOMを使用すると、バックプレーンやキャリア ボード上のテクノロジのアップグレードや交換も容易になります。
この記事では、COMシステムにおけるオンボードBGA SSDの需要と、COM設計の安全性と信頼性を高める方法について説明します。
学習内容:
- Silicon MotionのFerriSSDの機能とテクノロジーは、COM製品のニーズをどのように満たしていますか?
- FerriSSDストレージが組み込みコンピューティング モジュールに最適な選択肢となる理由。
標準COMフォーム ファクターのフットプリントは小さいため、COMメーカーはコンパクトなデータ ストレージ テクノロジの選択に多大な労力を費やしています。BGA SSDなどのチップスケール デバイスは小型で魅力的な形式ですが、これまではBGA SSDの価格が比較的高く、価格が変動しやすいため、メーカーはBGA SSDの使用を控えていました。代わりに、ほとんどのメーカーは、ブート ディスク上で実行される機能のセットに適したSDカードまたはCompactFlash (CF) カード用のソケットを埋め込んだり、コネクタを追加したりしました。
最近では、組み込みシステムにおけるSDカードやCFカードの使用に関して深刻な疑問が生じています。軍事、医療、自動化、輸送などの分野では、組み込みシステム上で実行されるソフトウェアの開発に多額の投資が行われています。つまり、既存のCOMボードを新しい設計に置き換えるには多大なコストがかかります。製品のライフサイクルは20年以上になるのが一般的です。
その結果、組み込みシステムの製造元はデータのセキュリティと寿命に細心の注意を払い、COMに保存されたデータの整合性を妨げる可能性のあるあらゆる要因に対抗するための対策を講じます。廃棄されたデバイスのバッファメモリに残された残留データが盗難される危険性についても大きな懸念がある。廃棄時のデータセキュリティに関する警告をデバイスに表示することでこのリスクに対抗する試みは、成功していないことが判明しました。これにより、SDカードやCFカードなどのリムーバブル メディアの使用は過去のものとなりました。
同時に、近年、NANDフラッシュ ストレージのギガバイトあたりのコストが低下し、COMベンダーにとって、BGA SSDやeMMCなどのNANDベースのストレージ テクノロジが以前よりも魅力的になっています。実際、BGA SSDおよびeMMCストレージ デバイスは、COM Express Basic、COM Express Compact、COM Express Mini、Qseven (Q7)、ETXなど、さまざまな種類の組み込みコンピュータ フォーマットですでに使用されています。高度な産業用エッジ コンピューティング アルゴリズムを実行するための最新のコンピューティング テクノロジに対する需要の高まりにより、高性能SSDテクノロジを活用できるCOM-HPC製品の生産も増加しています。
オンボードBGA SSDの需要が継続的に増加
そのため、現在に至るまで、COMシステムにおけるオンボードBGA SSDの需要は、さまざまな理由から増加し続けています。
1つ目は、COMベンダーがコストと、テクノロジへの投資収益率に重点を移しつつあることです。SSDテクノロジーが初めて市場に登場したとき、SSDデバイスのコストは比較的高く、NANDフラッシュ ストレージの価格は1ギガバイトあたり40米ドルにも達しました。さらに、この価格は、NANDフラッシュの価格変動により不安定でした。このため、ベンダーはモジュール ボードの標準ストレージ オプションとしてSSDを組み込むことを躊躇しました。
時間が経つにつれて、NANDフラッシュのコストは1ギガバイトあたり1ドルを大幅に下回るまで下がりました。これにより、たとえば8GB SLCモードや32GB SSDのコストが手頃になり、ベンダーはCOMボードにBGA SSDを組み込むようになりました。
COM市場におけるSSDの需要が伸びているもう1つの理由は、顧客の需要です。たとえば、産業グレードのアプリケーションでは、堅牢なハードウェアとデータ保護が必須の要件となります。SDカードやCFカードは簡単に取り外せるため、そこに含まれる個人データが盗難される危険性があります。
軍事または産業用途で動作するEquipmentは、高温、衝撃、振動、その他の環境現象に対する耐性に関する厳しい要件も満たす必要があります。コンピュータ ホストと機器内のすべてのコンポーネントは、通常 -40°C ～ 85°Cの広い温度範囲で動作するように定格設定されている必要があります。もちろん、これはストレージ デバイスにも同様に当てはまりますが、SDカードやCFカードは広い動作温度範囲をサポートすることはほとんどありません。
さらに、SDカードまたはCFカードのコネクタを長期間にわたって過酷な条件で使用すると、コネクタの性能が低下し、データ転送性能が低下したり、完全に故障したりする可能性があります。産業グレードのアプリケーション向けの製品も衝撃に耐えられる必要があります。BGA SSDを使用する組み込み製品は、衝撃や振動にさらされた場合にSDカードやCFカードよりもはるかに優れたパフォーマンスを発揮します。
組み込みコンピューティング市場におけるもう1つの要因は、産業用PC (IPC) ベンダーが大きな競争圧力に直面しており、COM製品ラインからの収益が抑制されるリスクがあることです。IPCメーカーは、利益を上げたり維持したりするために、以前は外部のプラグイン デバイスであったコンポーネントをCOMボードに組み込むなどして、付加価値のある製品の統合に多大な労力を費やしています。ストレージは、組み込みコンピューティング システムの最も重要なオンボード要素の1つです。IPCベンダーは、自社製品のストレージ提供に付加価値を与える機会を常に探しています。
たとえば、今日のベンダーは、ユーザーのコア オペレーティング システムとデータを保護する高度な安全性と安定性の設計機能を備えたBGA SSD製品を選択しています。これにより、データが簡単に破損または削除されなくなることが保証されます。この機能により、COM製品には貴重な新しいセールス ポイントが与えられ、ベンダーには重要な競争上の優位性がもたらされます。
FerriSSD製品における専門的なデータ保護技術
保存されたデータの整合性を維持するというこの要件は、産業製造システム、スマート医療画像プラットフォーム、デジタル ディスプレイ ボード、エンターテイメントと放送、軍事機器などのアプリケーションにおけるCOM形式の多くの実装に当てはまります。これには、予期しないエラーやデータ損失のリスクを防ぐ安全なデータ ストレージ システムの使用が必要です。
FerriSSDの専用機能とテクノロジーを活用することで、データ保護、セキュリティ、信頼性のニーズを満たすことができます。
エンドツーエンドのデータパス保護
FerriSSDには、リカバリ エンジンによる完全なデータ エラー検出が組み込まれており、ホストからNANDからホストへのデータ パス全体にわたってデータの整合性が向上します。FerriSSDデータ復旧アルゴリズムは、ハードウェア (ASICなど) エラー、ファームウェア エラー、SRAM、DRAM、NANDで発生するメモリ エラーなど、SSDデータ パスのあらゆるエラーを効果的に検出できます (図1を参照)。
データ内にエラーがある場合、FerriSSDのデータ復旧アルゴリズムがそれをすぐに検出できるのはなぜですか?主な理由は、データが書き込まれるとパリティ セットが生成されるためです。このデータ バッチが読み取られるときに、FerriSSDは再度パリティを計算します。前者のパリティが後者のパリティと一致しない場合は、適切な回復処理のためにエラー フラグがホストに渡されます。比較すると、従来のSSDはエラー フラグなしで障害のあるデータをホストに渡すため、エラー回復処理の必要性をホストに警告できず、初期の問題が悪化します。
アクティブ保護: IntelligentScan™ & DataRefresh™
これら2つのテクノロジーは、自己テストと自己監視の方法です。NANDセルでの「書き込み」コマンドと「読み取り」コマンドの実行は、基本的には電気の放電と充電のプロセスです。新しいNANDセルに書き込まれると、100個の電子が保存されると仮定します。時間の経過とともに、書き込みと消去の繰り返しによりセルが揮発し、セルの静電容量が減少します。そのため、書き込みコマンドによって保存される電子の数は100から80、70、60と減少し、臨界しきい値を下回ると、コントローラはデータを正しく読み取ることができなくなり、データの損失や破損が発生します。IntelligentScan機能は、蓄積された電荷がしきい値を下回ったかどうかを確認する役割を担います。存在する場合、データ ビットを読み取り、ECCエンジンを介してそれを書き換え、DataRefreshはセルを再充電してNANDセルの電圧を正しいレベルに復元します (図2を参照)。
パッシブ保護: NANDXtend® パリティを使用したECCテクノロジーの修正
FerriSSDは、Silicon Motionが特許を取得した高性能LDPCエラー コード訂正エンジンとRAID機能を組み合わせており、さまざまな利点を提供します。まず、製品の信頼性が向上し、次に、プログラム/消去 (P/E) サイクル定格が大幅に拡張され、SSDのNANDフラッシュ ストレージ メディアの寿命が延びます。さらに、NANDXtendはデータ保存能力の向上と、高温での動作によるデータエラーの削減にも役立ちます (図3を参照)。
ユーザーデータ保護
Silicon Motionは、ハッキングのリスクに対抗するためにデータ セキュリティの強化に注力しています。運用ベンチマークとして、独自の方法を適用したり、市場の公開データ保護規制 (フルディスク暗号化/TCG Opal 2.0など) に従うだけではありません。機密データ保護の必要性が高いクライアントは、公的データ保護規制が簡単にハッキングされるのではないかと心配することがよくあります。彼らは、パーソナライズされた補助チップの追加など、独自のセキュリティ保護対策を作成することを好みます (図4を参照)。これにより、FerriSSDとの通信と連携のフローが制御され、完全なセキュリティを維持しながら、ストレージ デバイスがデータの受け入れ、受信、または送信を許可します。
安全なデジタル署名による堅牢なファームウェア保護
FerriSSDは安全なデジタル署名検証システムをサポートしています。この機能は、クライアント機器にSilicon Motionのセキュリティ パスフレーズを追加することと同じです。ファームウェアが更新されると、関係者はFerriSSDのアルゴリズムを使用してパスワード検証プロセスを実行し、ハッカーがアクセスできない検証コードのセットを生成できるようになります (図5を参照)。ハッカーが最終製品のファームウェア更新を強制する悪意のあるプログラムを作成した場合、検証コードを生成できず、悪意のある更新の試みは失敗します。
低いdPPMを保証するための100%評価
COMメーカーは、-40°C ～ 85°Cの広い動作温度範囲を要求します。FerriSSD製品が倉庫から出荷される前に、クライアントの指定に従って厳格な温度テストが行われます (図6を参照)。その結果、非常に高い信頼性を求めるクライアントの要件に沿って、dPPMレートが非常に低くなります。
結論
要約すると、NANDコストの低下、データの安定性とデータ保護に対する需要の高まり、そしてCOMベンダーによる高価値製品をCOMボードに統合したいという要望の高まりにより、BGA SSDは今日のCOM市場で人気の製品となっています。これは、データ保護とストレージ信頼性機能を備えたSSD製品に特に当てはまります。
エンドツーエンドのデータパス保護と、ユーザーデータおよびファームウェアに対するアクティブ/パッシブ保護を組み込むことで、組み込みコンピューティング システムに大きなメリットがもたらされます。
Silicon MotionのFerriSSDは、包括的な温度テストの実装とその結果得られる低いdPPMレートにより、組み込みコンピューティング モジュールに最適なストレージ コンポーネントとしての地位を確立しました。FerriSSDストレージは現在、軍事、輸送、医療、エンターテイメント、ネットワーキング、産業オートメーション、その他多くのアプリケーション向けのCOM製品に好まれる選択肢となっています。