FerriSSD®는 컴퓨터 온 모듈 설계의 안전성과 신뢰성을 향상시킵니다.

IoT 기술은 빠르게 확장되어 엣지에서 더 많은 처리 및 제어를 가능하게 하고 있습니다. 이 지속적인 롤아웃의 주요 핵심은 Computer On Module (COM)입니다. COM은 군사, 교통, 엔터테인먼트 및 기타 응용 분야에 내장된 기능을 제공하지만, 포함된 스토리지 구성 요소는 현대화가 필요할 수 있습니다. 이 지점에서 솔리드 스테이트 스토리지가 중요해집니다. Silicon Motion의 이 기사는 Silicon Motion의 FerriSSD® 드라이브가 Computer On Module (COM)의 성능을 어떻게 최적화할 수 있는지 보여줍니다.

컴퓨터 온 모듈(COM)은 군사, 운송, 의료, 엔터테인먼트, 네트워킹 및 산업 장비 시장에서 가장 널리 채택된 임베디드 컴퓨팅 하드웨어 포맷입니다. COM 포맷의 인기는 빠른 임베디드 시스템 개발, 리스크 및 비용 감소, 시스템 맞춤화의 자유와 같은 여러 장점에서 비롯됩니다. 표준 폼 팩터의 COM을 사용하면 백플레인과 캐리어 보드에서 기술을 업그레이드하거나 교체하기도 쉽습니다.

이 기사에서는 COM 시스템에서 온보드 BGA SSD의 수요와 COM 설계의 안전성과 신뢰성을 향상시키는 방법에 대해 설명합니다.

배우게 될 내용:

표준 COM 폼 팩터의 작은 크기 때문에, COM 제조업체들은 소형 데이터 저장 기술을 선택하는 데 많은 노력을 기울입니다. BGA SSD와 같은 칩 스케일 디바이스는 작고 매력적인 형식이지만, 과거에는 상대적으로 높은 가격과 변동성이 큰 BGA SSD의 가격이 제조업체들이 이를 사용하는 것을 막았습니다. 대신 대부분의 제조업체는 부트 디스크에서 실행되는 기능 세트에 적합한 SD 또는 CompactFlash(CF) 카드를 위한 소켓을 내장하거나 커넥터를 추가하였습니다.

최근 들어 임베디드 시스템에서 SD 및 CF 카드 사용에 대한 심각한 의문이 제기되었습니다. 군사, 의료, 자동화, 운송 및 기타 분야에서는 임베디드 시스템에서 실행되는 소프트웨어 개발에 막대한 투자가 이루어지고 있습니다. 이는 기존의 COM 보드를 새로운 설계로 교체하는 것이 매우 비용이 많이 든다는 것을 의미하며, 20년 이상의 제품 수명 주기가 일반적입니다.

결과적으로, 임베디드 시스템 제조업체는 데이터 보안과 수명에 큰 주의를 기울이며, COM에 저장된 데이터의 무결성을 방해할 수 있는 요인들을 방지하기 위해 조치를 취하고 있습니다. 또한, 폐기된 기기의 버퍼 메모리에 남아 있는 잔여 데이터를 도난당할 위험에 대한 우려도 상당히 큽니다. 데이터 폐기 시 보안에 대한 경고를 장치에 표시함으로써 이러한 위험을 방지하려는 시도는 성공하지 못했습니다. 이는 SD 및 CF 카드와 같은 이동식 미디어의 사용을 과거의 것으로 만들었습니다.

동시에, NAND Flash 저장 장치의 기가바이트당 비용은 최근 몇 년간 하락하여 BGA SSD와 eMMC와 같은 NAND 기반 저장 기술이 이전보다 COM 벤더들에게 더욱 매력적으로 다가오고 있습니다. 실제로 BGA SSD와 eMMC 저장 장치는 이미 COM Express Basic, COM Express Compact, COM Express Mini, Qseven(Q7), ETX를 포함한 다양한 유형의 임베디드 컴퓨터 형식에서 사용되고 있습니다. 고급 산업 엣지 컴퓨팅 알고리즘을 실행하기 위한 최신 컴퓨팅 기술에 대한 수요 증가도 고성능 SSD 기술을 활용할 수 있는 COM-HPC 제품의 생산 증가를 촉진하고 있습니다.

따라서, COM 시스템에서 온보드 BGA SSD에 대한 수요는 현재까지 다양한 이유로 증가하고 있습니다. 첫 번째 이유는 COM 벤더들이 비용과 기술 투자 수익률에 중점을 두기 시작했기 때문입니다. SSD 기술이 처음 시장에 도입되었을 때, SSD 장치의 비용은 상대적으로 높았습니다—NAND 플래시 스토리지의 가격은 기가바이트당 최대 미화 40달러에 달했습니다. 또한, NAND 플래시 가격의 변동으로 인해 이 가격은 불안정했습니다. 이는 벤더들이 모듈 보드의 표준 스토리지 옵션으로 SSD를 내장하려 하지 않게 만드는 요인이 되었습니다.

시간이 지나면서 NAND Flash의 비용은 기가바이트당 미화 1달러보다 훨씬 낮아졌습니다. 이는 예를 들어 8GB SLC 모드나 32GB SSD와 같은 제품의 비용을 저렴하게 만들어, 공급업체들이 COM 보드에 BGA SSD를 내장하도록 장려했습니다.

COM 시장에서 SSD 수요가 증가하는 또 다른 이유는 고객의 수요입니다. 예를 들어, 산업 등급의 애플리케이션에서는 견고한 하드웨어와 데이터 보호가 필수 요구 사항입니다. SD 카드나 CF 카드는 쉽게 제거할 수 있어 개인 데이터가 도난에 취약해질 수 있습니다.

군사 또는 산업 응용 분야에서 사용되는 장비는 또한 높은 온도, 충격 및 진동, 기타 환경 현상에 대한 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다. 컴퓨터 호스트 및 장비 내부의 모든 구성 요소는 일반적으로 -40°C에서 85°C 사이의 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있도록 등급이 매겨져야 합니다. 물론 이는 스토리지 장치에도 동일하게 적용되지만 SD 및 CF 카드가 넓은 작동 온도 범위를 지원하는 경우는 드뭅니다.

또한, SD 또는 CF 카드에 연결되는 커넥터가 열악한 조건에서 장기간 사용될 경우, 성능이 저하되어 데이터 전송 성능이 감소하거나 완전히 작동하지 않을 수 있습니다. 산업등급 응용 제품은 또한 충격을 처리할 수 있어야 합니다. BGA SSD를 사용하는 임베디드 제품은 SD 또는 CF 카드보다 충격과 진동에 노출될 때 훨씬 더 우수한 성능을 발휘합니다.

임베디드 컴퓨팅 시장에서 또 다른 요인은 산업용 PC (IPC) 공급업체들이 COM 제품 라인에서 나오는 수익을 억누를 위험이 있는 막대한 경쟁 압력에 직면해 있다는 점입니다. 수익을 올리거나 유지하기 위해 IPC 제조업체들은 제품의 가치를 더하는 통합에 큰 노력을 기울이고 있으며, 이는 부분적으로는 이전에 외부 플러그인 장치였을 수 있는 구성을 COM 보드에 내장함으로써 이루어지고 있습니다. 스토리지는 임베디드 컴퓨팅 시스템에서 가장 중요한 온보드 요소 중 하나입니다. IPC 공급업체들은 그들의 제품의 스토리지 제공에 가치를 추가할 기회를 항상 모색하고 있습니다.

예를 들어, 오늘날의 공급업체는 사용자 핵심 운영 체제와 데이터를 보호하는 고급 안전 및 안정성 설계 기능을 제공하는 BGA SSD 제품을 선택하고 있습니다. 이는 데이터를 쉽게 손상되거나 삭제되지 않도록 보장하여 COM 제품에 중요한 새로운 판매 포인트를 제공하고, 공급업체에는 중요한 경쟁 우위를 제공합니다.

저장된 데이터의 무결성을 유지해야 하는 필요성은 산업 제조 시스템, 스마트 의료 영상 플랫폼, 디지털 디스플레이 보드, 엔터테인먼트 및 방송, 군사 장비와 같은 다양한 COM 형식 구현에서 사실로 나타납니다. 이는 예기치 않은 오류나 데이터 손실의 위험을 방지할 수 있는 안전한 데이터 저장 시스템의 사용을 요구합니다.

데이터 보호, 보안 및 신뢰성에 대한 요구는 FerriSSD의 전용 기능과 기술을 활용함으로써 충족될 수 있습니다:

FerriSSD는 전체 Host-to-NAND-to-Host 데이터 경로에서 향상된 데이터 무결성을 제공하기 위해 전체 데이터 오류 검출과 복구 엔진을 통합합니다. FerriSSD 데이터 복구 알고리즘은 하드웨어(i.e. ASIC) 오류, 펌웨어 오류, SRAM, DRAM 또는 NAND에서 발생하는 메모리 오류를 포함하여 SSD 데이터 경로에서 발생하는 모든 오류를 효과적으로 감지할 수 있습니다.

왜 FerriSSD의 데이터 복구 알고리즘은 데이터 내 오류를 즉시 감지할 수 있을까요? 주요 이유는 데이터가 기록되면 패리티 세트가 생성되기 때문입니다. 이 데이터 배치를 읽을 때 FerriSSD는 다시 한 번 패리티를 계산합니다. 이전의 패리티와 이후의 패리티가 일치하지 않으면, 호스트에 오류 플래그를 전달하여 적절한 복구 처리를 가능하게 합니다. 비교하자면, 기존 SSD는 오류 플래그 없이 문제 있는 데이터를 호스트에 전달하여 오류 복구 처리를 필요로 한다는 점을 호스트에 알리지 못해 초기 문제를 악화시킵니다.

이 두 기술은 자기 테스트 및 자기 모니터링 방법입니다. NAND 셀에서 "쓰기" 및 "읽기" 명령을 실행하는 것은 기본적으로 전기 방전 및 충전 과정입니다. 새로운 NAND 셀이 쓰기에 의해 100개의 전자를 저장한다고 가정해 보십시오. 시간이 지나면서 반복되는 쓰기 및 지우기 작업으로 인해 셀이 휘발되면서 셀의 전기 용량이 감소하고, 쓰기 명령으로 저장되는 전자의 수가 100에서 80, 70, 60으로 줄어들며, 임계값 이하로 떨어지면 컨트롤러가 데이터를 올바르게 읽을 수 없게 되어 데이터 손실 또는 손상이 발생할 수 있습니다. IntelligentScan 기능은 저장된 전하가 임계값 이하로 감소했는지 확인하는 역할을 합니다. 감소했다면, 데이터를 읽어내고 ECC 엔진을 통해 데이터를 다시 기록하며, DataRefresh는 셀을 재충전하여 NAND 셀의 전압을 올바른 수준으로 복원합니다.

FerriSSD는 Silicon Motion에 의해 특허받은 고성능 LDPC 오류 수정 코드 엔진과 다수의 이점을 제공하는 RAID 기능을 결합한 제품입니다. 먼저, 제품의 신뢰성을 향상시키고, 두 번째로 프로그램/소거(P/E) 사이클 등급을 크게 확장하며 SSD의 NAND Flash 저장 매체 수명을 연장합니다. 또한, NANDXtend는 데이터 저장 용량을 증가시키고 고온에서의 작동으로 인해 발생하는 데이터 오류를 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다.

Silicon Motion은 해킹 위험을 대비하기 위해 데이터 보안 강화를 중점적으로 추진하고 있습니다. 이는 시장에서 사용하는 공공 데이터 보호 규정(예: Full Disk Encryption/TCG Opal 2.0)을 운영 기준으로 삼거나 자체적인 방법만을 적용하는 것에 그치지 않습니다. 민감한 데이터 보호에 대한 높은 필요성을 가진 고객들은 공공 데이터 보호 규정이 쉽게 해킹될 수 있다는 우려를 자주 나타냅니다. 이러한 고객들은 개인화된 보조 칩을 추가하는 등의 자체 보안 보호 조치를 선호합니다. 이 칩은 FerriSSD와의 통신 및 협력 흐름을 제어하며, 저장 장치가 데이터를 수락, 수신 또는 전송할 때 완전한 보안을 유지할 수 있도록 승인합니다.

FerriSSD는 안전한 디지털 서명 검증 시스템을 지원합니다. 이 기능은 클라이언트 장비를 위한 Silicon Motion의 보안 암호 구문의 추가와 동일합니다. 펌웨어가 업데이트되는 동안 관련 당사자는 FerriSSD의 알고리즘을 사용하여 해커가 접근할 수 없는 검증 코드를 생성하는 비밀번호 검증 과정을 거칠 수 있습니다. 해커가 최종 제품에서 펌웨어 업데이트를 강제하려는 악성 프로그램을 생성하더라도, 검증 코드를 생성할 수 없어 악성 업데이트 시도가 실패하게 됩니다.

COM 제조업체는 -40°C에서 85°C의 넓은 작동 온도 범위를 요구합니다. FerriSSD 제품이 창고를 출하하기 전에, 고객이 지정한 엄격한 온도 테스트가 진행됩니다(그림 6 참조). 이는 매우 낮은 dPPM 비율을 만들어내며, 매우 높은 신뢰성을 요구하는 고객의 요구사항에 부합합니다.

요약하자면, NAND 비용 감소, 데이터 안정성과 데이터 보호에 대한 수요 증가, COM 공급업체들이 고부가가치 제품을 COM 보드에 통합하려는 욕구 증가로 인해 BGA SSD는 오늘날의 COM 시장에서 선호되는 제품이 되었습니다. 특히 데이터 보호 및 저장 신뢰성 기능을 포함한 SSD 제품에 해당됩니다.

엔드 투 엔드 데이터 경로 보호와 사용자 데이터 및 펌웨어에 대한 능동/수동 보호의 포함은 임베디드 컴퓨팅 시스템에서 큰 이점을 제공합니다.

Silicon Motion의 FerriSSD는 포괄적인 온도 테스트와 이에 따른 낮은 dPPM 비율을 통해 임베디드 컴퓨팅 모듈에 이상적인 저장 구성 요소로 자리 잡았습니다. FerriSSD 저장 장치는 이제 군사, 교통, 의료, 엔터테인먼트, 네트워킹, 산업 자동화 및 기타 다양한 애플리케이션을 위한 COM 제품의 선호되는 선택지가 되었습니다.