FerriSSD® améliore la sécurité et la fiabilité des conceptions de Computer On Module

La technologie IoT continue de se développer rapidement, permettant davantage de traitement et de contrôle à la périphérie. L'élément clé principal de ce déploiement continu est le Computer On Module (COM). Les COMs offrent des capacités embarquées aux applications militaires, de transport, de divertissement et autres, mais leurs composants de stockage intégrés pourraient être modernisés. C'est là que le stockage à semi-conducteurs devient important. Cet article de Silicon Motion montre comment les disques FerriSSD® de Silicon Motion peuvent optimiser la performance des Computer On Modules (COMs).

Le Computer on Module (COM) est le format matériel le plus largement adopté pour l'informatique embarquée dans les marchés militaires, du transport, médical, du divertissement, des réseaux et des équipements industriels. La popularité du format COM est due à ses nombreux avantages, qui incluent un développement plus rapide des systèmes embarqués, une réduction des risques et des coûts, et la liberté de personnaliser le système. L'utilisation d'un COM dans un facteur de forme standard facilite également la mise à niveau ou le remplacement de la technologie sur les fond de panier et les cartes porteuses.

Cet article décrira la demande pour les SSD BGA intégrés dans les systèmes COM et comment améliorer la sécurité et la fiabilité des conceptions COM.

Ce que vous apprendrez :

En raison de l'encombrement réduit des facteurs de forme COM standard, les fabricants de COM prennent grand soin de sélectionner une technologie de stockage de données compacte. Un dispositif à l'échelle de la puce tel qu'un SSD BGA est un format miniature et attrayant, mais par le passé, le prix relativement élevé et volatil des SSD BGA a dissuadé les fabricants de les utiliser. Au lieu de cela, la plupart des fabricants ont intégré un socket ou ajouté un connecteur pour une carte SD ou CompactFlash (CF) adaptée à l'ensemble des fonctions exécutées sur le disque de démarrage.

Plus récemment, de sérieux doutes concernant l'utilisation des cartes SD et CF dans les systèmes embarqués ont émergé. Dans les domaines militaire, médical, de l'automatisation, du transport et d'autres secteurs, d'énormes investissements sont réalisés dans le développement de logiciels pour fonctionner sur des systèmes embarqués. Cela signifie qu'il est très coûteux de remplacer une carte COM existante par un nouveau design — des cycles de vie de produits de 20 ans ou plus sont fréquents.

En conséquence, les fabricants de systèmes embarqués portent une grande attention à la sécurité et à la longévité des données, et prennent des mesures pour contrer tout facteur pouvant nuire à l'intégrité des données stockées sur un COM. Il existe également une alerte considérable concernant le risque de vol de données résiduelles laissées dans la mémoire tampon des appareils mis au rebut. Les tentatives de contrer ce risque en marquant les appareils avec un avertissement sur la sécurité des données lors de leur élimination se sont avérées infructueuses. Cela a relégué l'utilisation de supports amovibles tels que les cartes SD et CF au passé.

Parallèlement, le coût par gigaoctet du stockage NAND Flash a diminué ces dernières années, rendant les technologies de stockage basées sur NAND telles que le BGA SSD et eMMC plus attrayantes pour les fournisseurs de COM qu'auparavant. En fait, les dispositifs de stockage BGA SSD et eMMC sont déjà utilisés dans divers types de formats d'ordinateurs embarqués, y compris COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven (Q7) et ETX. La demande croissante pour la dernière technologie informatique afin d'exécuter des algorithmes industriels de calcul en périphérie de haut niveau a également stimulé la production accrue de produits COM-HPC, qui peuvent profiter de la technologie SSD haute performance.

Ainsi, la demande de BGA SSD embarqués dans les systèmes COM a augmenté pour diverses raisons jusqu'à présent. La première est que les fournisseurs de COM concentrent leur attention sur les coûts et le retour sur leurs investissements technologiques. Lorsque la technologie SSD est arrivée sur le marché, le coût des appareils SSD était relativement élevé—le prix du stockage NAND Flash atteignait jusqu'à 40 USD par gigaoctet. De plus, ce prix était volatil en raison des fluctuations du prix de la NAND Flash. Cela a rendu les fournisseurs réticents à intégrer un SSD en tant qu'option de stockage standard pour la carte module.

Au fil du temps, le coût de la mémoire NAND Flash est tombé à moins de 1 USD par gigaoctet. Cela a rendu le coût, par exemple, d'une SLCmode de 8 Go ou d'un SSD de 32 Go abordable, encourageant les fournisseurs à intégrer un SSD BGA dans une carte COM.

L'autre raison de la croissance de la demande de SSD sur le marché COM est la demande des clients. Dans les applications de qualité industrielle, par exemple, du matériel robuste et la protection des données sont des exigences essentielles. Les cartes SD ou les cartes CF sont facilement amovibles, ce qui rend les données personnelles qu'elles contiennent vulnérables au vol.

Les équipements utilisés dans les applications militaires ou industrielles doivent également satisfaire des exigences strictes concernant la tolérance aux hautes températures, aux chocs et aux vibrations, ainsi qu'à d'autres phénomènes environnementaux. L'hôte informatique et chaque composant à l'intérieur de l'équipement doivent être évalués pour fonctionner sur une large plage de températures, généralement de -40°C à 85°C. Cela s'applique également, bien sûr, aux dispositifs de stockage, mais les cartes SD et CF prennent rarement en charge une large plage de températures de fonctionnement.

De plus, lorsque le connecteur pour une carte SD ou CF est utilisé dans des conditions difficiles pendant une longue période, ses performances peuvent être altérées, entraînant une réduction des performances de transfert de données, voire une défaillance complète. Les produits destinés aux applications de grade industriel doivent également pouvoir supporter les chocs. Les produits embarqués qui utilisent un SSD BGA offrent de bien meilleures performances lorsqu'ils sont exposés aux chocs et vibrations qu'une carte SD ou CF.

Un autre facteur du marché de l'informatique embarquée est que les fournisseurs de PC industriels (IPC) font face à une énorme pression concurrentielle, ce qui risque de réduire leurs revenus provenant de leurs lignes de produits COM. Pour augmenter ou maintenir le profit, les fabricants d'IPC consacrent de grands efforts à l'intégration de produits qui ajoutent de la valeur, en partie en intégrant sur la carte COM des composants qui auparavant pouvaient être des dispositifs externes à emboîter. Le stockage est l'un des éléments embarqués les plus essentiels d'un système informatique embarqué : les fournisseurs d'IPC recherchent toujours des opportunités pour ajouter de la valeur à la capacité de stockage de leurs produits.

Par exemple, les fournisseurs sélectionnent aujourd'hui des produits SSD BGA qui offrent des caractéristiques de conception avancées en matière de sécurité et de stabilité, protégeant le système d'exploitation central de l'utilisateur et ses données. Cela garantit que les données ne peuvent pas être facilement corrompues ou supprimées – une capacité qui confère au produit COM un nouvel argument de vente précieux, et au fournisseur un avantage concurrentiel important.

Cette exigence de maintenir l'intégrité des données stockées est vraie pour de nombreuses implémentations du format COM, dans des applications telles que les systèmes de fabrication industrielle, les plateformes d'imagerie médicale intelligente, les tableaux d'affichage numériques, le divertissement et la diffusion, ainsi que l'équipement militaire. Cela nécessite l'utilisation de systèmes de stockage de données sécurisés qui empêcheront le risque d'erreurs imprévisibles ou de perte de données.

Le besoin de protection des données, de sécurité et de fiabilité peut être satisfait en tirant parti de l'ensemble de fonctionnalités et de technologies dédiées de FerriSSD :

Les FerriSSDs intègrent une détection complète des erreurs de données avec des moteurs de récupération pour offrir une intégrité des données améliorée tout au long du chemin de données Host-to-NAND-to-Host. L'algorithme de récupération de données FerriSSD peut détecter efficacement toute erreur dans le chemin de données SSD, y compris les erreurs matérielles (c'est-à-dire ASIC), les erreurs de firmware et les erreurs de mémoire survenant dans SRAM, DRAM ou NAND.

Pourquoi, en cas d'erreur au sein des données, l'algorithme de récupération de données de FerriSSD est-il immédiatement capable de la détecter ? La raison principale est qu'une fois que les données sont écrites, un ensemble de parité est produit. Lorsque ce lot de données doit être lu, FerriSSD calculera à nouveau sa parité. Si l'ancienne parité ne correspond pas à la nouvelle, il transmettra un indicateur d'erreur à l'hôte pour un traitement de récupération approprié. En comparaison, les SSD conventionnels transmettent des données défectueuses à l'hôte sans indicateur d'erreur, aggravant le problème initial en ne signalant pas à l'hôte la nécessité d'un traitement de récupération des erreurs.

Ces deux technologies sont des méthodes d'auto-test et d'auto-surveillance. L'exécution des commandes « écrire » et « lire » sur une cellule NAND est essentiellement un processus de décharge et de charge électrique. Supposons qu'une nouvelle cellule NAND stocke 100 électrons lors de l'écriture. Au fil du temps, les opérations répétées d'écriture et d'effacement volatiliseront la cellule, réduisant la capacité de la cellule, de sorte que le nombre d'électrons stockés par une commande d'écriture puisse passer de 100 à 80, puis 70, puis 60, et tellement qu'il tombe en dessous d'un seuil critique, le contrôleur ne pourra plus lire les données correctement, ce qui entraînera une perte ou une corruption des données. La fonction IntelligentScan est chargée de vérifier si la charge stockée a diminué en dessous de sa valeur seuil. Si c'est le cas, elle lit le bit de données et le réécrit via le moteur ECC, et DataRefresh recharge la cellule pour rétablir la tension de la cellule NAND au niveau correct.

FerriSSD associe le moteur de correction d'erreur LDPC haute performance breveté par Silicon Motion et la fonction RAID, offrant de multiples avantages. Premièrement, cela améliore la fiabilité du produit, et deuxièmement, cela prolonge considérablement la durée du cycle de programme/effacement (P/E) et prolonge la durée de vie du support de stockage NAND Flash du SSD. De plus, NANDXtend peut aider à augmenter la capacité de stockage de données et à réduire les erreurs de données causées par le fonctionnement à des températures élevées.

Silicon Motion est profondément investi dans le renforcement de la sécurité des données pour contrer le risque de piratage. Il n'applique pas seulement ses propres méthodes ou ne suit pas les réglementations publiques de protection des données sur le marché (telles que le cryptage complet du disque/TCG Opal 2.0) comme référence opérationnelle. Les clients ayant un besoin plus élevé de protection des données sensibles s'inquiètent souvent du fait que les réglementations publiques de protection des données sont facilement piratables. Ils préfèrent créer leurs propres mesures de protection de sécurité, telles que l'ajout d'une puce auxiliaire personnalisée. Cela contrôle le flux de communication et la coopération avec FerriSSD, autorisant le dispositif de stockage à accepter, recevoir ou envoyer des données tout en maintenant une sécurité complète.

FerriSSD prend en charge les systèmes de vérification de signature numérique sécurisée. Cette fonction est identique à l'ajout de phrases secrètes de sécurité de Silicon Motion pour l'équipement client. Lors de la mise à jour du firmware, les parties impliquées peuvent passer par un processus de vérification de mot de passe en utilisant l'algorithme de FerriSSD pour produire un ensemble de codes de vérification inaccessibles aux hackers. Si des hackers créent un programme malveillant pour forcer une mise à jour du firmware dans le produit final, il est incapable de produire le code de vérification, et la tentative de mise à jour malveillante échoue.

Les fabricants de COM exigent une large plage de températures de fonctionnement de -40°C à 85°C. Avant que les produits FerriSSD ne quittent l'entrepôt, un test de température strict est effectué selon les spécifications des clients (voir Figure 6). Cela résulte en des taux très faibles de dPPM, conformément aux exigences des clients pour une fiabilité très élevée.

En résumé, la baisse des coûts de NAND, l'augmentation de la demande de stabilité et de protection des données, ainsi que le désir croissant des fournisseurs COM d'intégrer des produits à haute valeur ajoutée dans le tableau COM, signifient que le BGA SSD est devenu un produit favori sur le marché COM actuel. Cela est particulièrement vrai pour les produits SSD qui incluent des fonctionnalités de protection des données et de fiabilité de stockage.

L'inclusion de la protection du chemin de données de bout en bout et de la protection active/passive pour les données des utilisateurs ainsi que du micrologiciel offre de grands avantages dans les systèmes informatiques embarqués.

Le FerriSSD de Silicon Motion s'est désormais imposé comme le composant de stockage idéal pour les modules informatiques embarqués grâce à la mise en œuvre de tests de température complets et aux faibles taux de dPPM qui en résultent. Le stockage FerriSSD est désormais le choix préféré pour les produits COM pour les applications militaires, de transport, médicales, de divertissement, de réseaux, d'automatisation industrielle et bien d'autres.