FerriSSD® mejora la seguridad y fiabilidad de los diseños de Computer On Module

La tecnología IoT continúa expandiéndose rápidamente, permitiendo más procesamiento y control en el borde. La clave principal de este despliegue continuo es el Computer On Module (COM). Los COMs proporcionan capacidades integradas a aplicaciones militares, de transporte, entretenimiento y otras aplicaciones, sin embargo, sus componentes de almacenamiento incluidos podrían beneficiarse de una modernización. Aquí es donde el almacenamiento de estado sólido se vuelve importante. Este artículo de Silicon Motion muestra cómo las unidades FerriSSD® de Silicon Motion pueden optimizar el rendimiento de los Computer On Modules (COMs).

El módulo de computadora (COM) es el formato de hardware más ampliamente adoptado para la computación embebida en los mercados de equipos militares, de transporte, médicos, de entretenimiento, de redes e industriales. La popularidad del formato COM se debe a sus numerosas ventajas, que incluyen un desarrollo más rápido de sistemas embebidos, la reducción de riesgos y costos, y la libertad para personalizar el sistema. Usar un COM en un factor de forma estándar también facilita la actualización o el reemplazo de la tecnología en los backplanes y tarjetas portadoras.

Este artículo describirá la demanda de SSD BGA a bordo en sistemas COM y cómo mejorar la seguridad y fiabilidad de los diseños COM.

Lo que aprenderás:

Debido a la pequeña huella de los factores de forma estándar COM, los fabricantes de COM se esmeran en seleccionar una tecnología de almacenamiento de datos compacta. Un dispositivo a escala de chip como un BGA SSD es un formato miniatura y atractivo, pero en el pasado, el precio relativamente alto y volátil de los BGA SSD desalentó a los fabricantes de usarlos. En su lugar, la mayoría de los fabricantes incorporaron un zócalo o añadieron un conector para una tarjeta SD o CompactFlash (CF) adecuada al conjunto de funciones que se ejecutan en el disco de arranque.

Más recientemente, han surgido serias dudas acerca del uso de tarjetas SD y CF en sistemas integrados. En los campos militar, médico, de automatización, transporte y otros, se realizan enormes inversiones en el desarrollo de software para funcionar en sistemas integrados. Esto significa que es muy costoso reemplazar una placa COM existente por un nuevo diseño—los ciclos de vida de los productos de 20 años o más son comunes.

Como resultado, los fabricantes de sistemas integrados prestan gran atención a la seguridad de los datos y la longevidad, y toman medidas para contrarrestar cualquier factor que pueda interferir con la integridad de los datos almacenados en un COM. También existe una considerable alarma por el riesgo de robo de datos residuales que quedan en la memoria intermedia de dispositivos descartados. Los intentos de contrarrestar este riesgo mediante el marcado de dispositivos con una advertencia sobre la seguridad de los datos al desecharlos han resultado infructuosos. Esto ha relegado el uso de medios extraíbles como las tarjetas SD y CF al pasado.

Al mismo tiempo, el costo por gigabyte del almacenamiento NAND Flash ha caído en los últimos años, haciendo que las tecnologías de almacenamiento basadas en NAND, como el BGA SSD y eMMC, sean más atractivas para los proveedores de COM de lo que eran antes. De hecho, los dispositivos de almacenamiento BGA SSD y eMMC ya se utilizan en varios tipos de formato de computadoras integradas, incluyendo COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven (Q7) y ETX. La creciente demanda de la última tecnología computacional para ejecutar algoritmos industriales de edge-computing de alto nivel también ha impulsado el aumento en la producción de productos COM-HPC, que pueden aprovechar la tecnología SSD de alto rendimiento.

Por lo tanto, la demanda de SSD BGA integrados en sistemas COM ha estado aumentando por diversas razones hasta la fecha. La primera es que los proveedores de COM están enfocándose en los costos y en el retorno de sus inversiones tecnológicas. Cuando la tecnología SSD llegó por primera vez al mercado, el costo de los dispositivos SSD era relativamente alto: el precio del almacenamiento NAND Flash alcanzaba hasta 40 USD por gigabyte. Además, este precio era volátil debido a las fluctuaciones en el precio del NAND Flash. Esto hizo que los proveedores no estuvieran dispuestos a integrar un SSD como la opción de almacenamiento estándar para el módulo de la placa.

Con el tiempo, el costo de NAND Flash cayó a mucho menos de US$1 por gigabyte. Esto hizo que el costo de, por ejemplo, un SLCmode de 8GB o un SSD de 32GB fuera asequible, lo que alentó a los proveedores a incrustar un SSD BGA en una placa COM.

La otra razón del crecimiento de la demanda de SSDs en el mercado COM es la demanda de los clientes. En aplicaciones de grado industrial, por ejemplo, el hardware robusto y la protección de datos son requisitos esenciales. Las tarjetas SD o CF son fácilmente extraíbles, lo que hace que los datos personales en ellas sean vulnerables al robo.

El equipo utilizado en aplicaciones militares o industriales también debe cumplir con requisitos estrictos para la tolerancia a altas temperaturas, choques y vibraciones, y otros fenómenos ambientales. El ordenador anfitrión y cada componente dentro del equipo necesitan estar calificados para operar en un amplio rango de temperaturas, típicamente de -40°C a 85°C. Esto se aplica igualmente, por supuesto, a los dispositivos de almacenamiento, pero las tarjetas SD y CF rara vez soportan un amplio rango de temperatura de funcionamiento.

Además, cuando el conector a una tarjeta SD o CF se utiliza en condiciones adversas durante un largo período de tiempo, su rendimiento puede verse afectado, lo que resulta en una reducción del rendimiento de transferencia de datos o incluso en un fallo completo. Los productos para aplicaciones de grado industrial también deben ser capaces de manejar golpes. Los productos integrados que utilizan un SSD BGA funcionan mucho mejor cuando se exponen a golpes y vibraciones que una tarjeta SD o CF.

Otro factor en el mercado de la computación incrustada es que los proveedores de PC industriales (IPC) enfrentan una enorme presión competitiva que corre el riesgo de suprimir sus ingresos de sus líneas de productos COM. Para aumentar o mantener el beneficio, los fabricantes de IPC dedican un gran esfuerzo a la integración de productos que añadan valor, en parte integrando en la placa COM componentes que anteriormente podrían haber sido dispositivos externos enchufables. El almacenamiento es uno de los elementos a bordo más vitales de un sistema de computación incrustada: los proveedores de IPC siempre están buscando oportunidades para añadir valor a la provisión de almacenamiento de sus productos.

Por ejemplo, los proveedores hoy en día están seleccionando productos BGA SSD que ofrecen características de diseño avanzadas de seguridad y estabilidad que protegen el sistema operativo central y los datos del usuario. Esto garantiza que los datos no puedan ser fácilmente corrompidos o eliminados, una capacidad que otorga al producto COM un valioso nuevo punto de venta, y al proveedor una importante ventaja competitiva.

This requirement to maintain the integrity of stored data is true of many implementations of the COM format, in applications such as industrial manufacturing systems, smart medical imaging platforms, digital display boards, entertainment and broadcasting, and military equipment. This calls for the use of secure data storage systems which will prevent the risk of unpredictable errors or data loss.

La necesidad de protección de datos, seguridad y fiabilidad puede satisfacerse aprovechando el conjunto de características y tecnologías dedicadas de FerriSSD:

FerriSSDs incorporate full data error detection with recovery engines to provide enhanced data integrity throughout the entire Host-to- NAND-to-Host data path. The FerriSSD data recovery algorithm can effectively detect any error in the SSD data path, including hardware (i.e. ASIC) errors, firmware errors, and memory errors arising in SRAM, DRAM or NAND.

Why is it that, when there is an error within the data, FerriSSD’s data recovery algorithm is immediately able to detect it? The main reason is that once the data is written, a parity set is produced. When this batch of data is to be read, FerriSSD will, once again, calculate its parity. If the former parity does not match with the latter, it will pass an error flag to the host for appropriate recovery processing. By comparison, conventional SSDs pass faulty data to the host without an error flag, exacerbating the initial problem by failing to alert the host to the need for error recovery processing.

Estas dos tecnologías son métodos de autoevaluación y automonitoreo. La ejecución de los comandos "escribir" y "leer" en una celda NAND es básicamente un proceso de descarga y carga eléctrica. Supongamos que una nueva celda NAND almacena 100 electrones cuando se escribe. Con el tiempo, los eventos repetidos de escritura y borrado volatilizarán la celda, reduciendo la capacitancia de la celda, de modo que el número de electrones almacenados por un comando de escritura puede caer de 100 a 80, luego a 70, luego a 60, y tanto que cae por debajo de un umbral crítico, el controlador ya no podrá leer los datos correctamente, lo que resulta en pérdida o corrupción de datos. La función IntelligentScan es responsable de verificar si la carga almacenada ha disminuido por debajo de su valor umbral. Si lo ha hecho, lee el bit de datos y lo reescribe a través del motor ECC, y DataRefresh recarga la celda para restaurar el voltaje de la celda NAND al nivel correcto.

FerriSSD combines the high-performance LDPC Error Code Correction engine patented by Silicon Motion and the RAID function, which provides multiple benefits. First, it enhances the reliability of the product, and second, it greatly extends the Program/Erase (P/E) cycle rating, and prolongs the life of the SSD’s NAND Flash storage medium. In addition, NANDXtend can help increase the data storage capability and reduce data errors caused by operation at high temperatures.

Silicon Motion está profundamente comprometido en fortalecer la seguridad de los datos para contrarrestar el riesgo de hackeo. No solo aplica sus propios métodos o sigue las regulaciones públicas de protección de datos en el mercado (como Full Disk Encryption/TCG Opal 2.0) como su referencia operativa. Los clientes con una mayor necesidad de protección de datos sensibles a menudo se preocupan de que las regulaciones públicas de protección de datos sean fácilmente hackeables. Prefieren crear sus propias medidas de protección de seguridad, como la adición de un chip auxiliar personalizado. Esto controla el flujo de comunicación y cooperación con FerriSSD, autorizando al dispositivo de almacenamiento a aceptar, recibir o enviar datos mientras mantiene una seguridad completa.

FerriSSD soporta sistemas de verificación de firma digital segura. Esta función es idéntica a la adición de frases de seguridad de Silicon Motion para equipos de cliente. Cuando se está actualizando el firmware, las partes involucradas pueden pasar por un proceso de verificación de contraseña utilizando el algoritmo de FerriSSD para generar un conjunto de códigos de verificación que son inaccesibles para los hackers. Si los hackers crean un programa malicioso para forzar una actualización de firmware en el producto final, no pueden producir el código de verificación, y el intento de actualización maliciosa falla.

Los fabricantes de COM requieren un amplio rango de temperatura de funcionamiento de -40°C a 85°C. Antes de que los productos FerriSSD se envíen desde el almacén, se realiza una estricta prueba de temperatura según lo especificado por los clientes (ver Figura 6). Esto resulta en tasas de dPPM muy bajas, en línea con los requisitos del cliente para una fiabilidad muy alta.

En resumen, la reducción de costos de NAND, el aumento de la demanda de estabilidad y protección de datos, junto con el creciente deseo de los proveedores de COM de integrar productos de alto valor en la placa COM, significa que los SSD BGA se han convertido en un producto favorito en el mercado actual de COM. Esto es especialmente cierto para los productos SSD que incluyen características de protección de datos y fiabilidad en el almacenamiento.

La inclusión de protección de ruta de datos de extremo a extremo y protección activa/pasiva para los datos de los usuarios y del firmware ofrece grandes beneficios en los sistemas de computación embebida.

FerriSSD de Silicon Motion se ha consolidado como el componente de almacenamiento ideal para módulos de computación embebida gracias a su implementación de pruebas de temperatura exhaustivas y las bajas tasas de dPPM resultantes. El almacenamiento FerriSSD es ahora la opción preferida para productos COM en aplicaciones militares, de transporte, médicas, de entretenimiento, de redes, automatización industrial y muchas otras.