可插拔與靈活性推動儲存卡市場不斷發展

作者 : Gary Hilson,EE Times特約記者

很多人認為,過去最為人們熟知的SD或CF形式的可插拔記憶卡正逐漸淡出人們的視野。取而代之的嵌入式設備乃至小尺寸的SSD,已成為人們首選的記憶體解決方案…

很多人認為,過去最為人們熟知的安全數位(Secure Digital,SD)或CompactFlash (CF)形式的可插拔記憶卡正在逐漸淡出人們的視野。取而代之的嵌入式設備乃至小尺寸的固態硬碟(SSD)已成為人們首選的記憶體解決方案,因為它們能夠應對某些應用資料使用量的激增。 雖然通用快閃記憶體(UFS)規範,以及結合快閃記憶體和DRAM的多晶片封裝(uMCP)出現,許多消費類裝置如今也確實具有足夠的板載儲存容量。但在工業和汽車新興應用案例中則明顯不足,而具有易於拆卸的外形結構還是非常有用的,這樣一來,可以在不拆卸整個系統的情況下增加容量。 當記憶體出現故障時,若能夠輕鬆更換記憶體,無疑為汽車應用節省大量時間和成本,尤其是當記憶體導致其他功能系統出現故障時。一個很好的例子是導致特斯拉(Tesla)召回的快閃記憶體磨損事件,其中連接到觸控式螢幕且出現故障的eMMC NAND快閃記憶體元件可能導致整個「媒體控制單元」被堵塞,從而切斷了對強制備用攝影機的訪問,失控的還有透過觸控式螢幕控制的其他功能,如HVAC控制,以及轉向燈控制等。  

圖1:密度為1.5TB的i400 microSD卡。

(來源:美光科技)

  可插拔記憶體使相關設備的更換變得更加容易。美光科技(Micron Technology)看好汽車應用,以及智慧邊緣領域複雜的記憶體和儲存需求,該SD卡外形尺寸是最佳化的結果。該公司在Embedded World 2022上發佈了容量為1.5TB的i400 microSD卡樣品。該卡專為工業級視訊安全應用而設計,採用了176層3D NAND,具備為工業應用客製的專有功能。可以同時處理4K視訊錄影和每秒多達8個人工智慧事件,例如包括車牌或臉部辨識在內的對象檢測和分類。它還可以支援5年的高品質連續24 × 7錄製。 視訊需求正推動可插拔記憶卡的容量和性能 i400 micro SD是以這種密度水準上市的第一款產品,旨在推動工業領域中非常普及的視訊應用的採用,美光工業部門主管Dave Henderson介紹。這款產品得益於公司資料保持性能的持續發展,以及順序讀取和寫入技術的最佳化。 「隨著全球圍繞攝影機所做的人工智慧和演算法的不斷進步,無論是用於24 × 7連續資料記錄,還是用於擷取人工智慧觸發器和活動使用的有效中繼資料,這兩件事都很重要,」Henderson指出。 儘管SD卡市場中消費類仍然是最大宗,但工業,以及無人機領域的成長都為SD卡提供了機會。幾乎任何有攝影機捕捉視訊的場景(例如保全、執法和車隊管理),對可插拔快閃記憶體卡來說都是很好的應用機會。「這絕對會不斷成長,只要有視訊的地方就有可能見到這些記憶卡,」Henderson補充,「隨著這些元件的性能越來越好,它們正在實現許多更即時的回饋和內部分析工作。」這些分析工作包括執行檢測、分類、警報和上下文分析的高階人工智慧活動。 美光汽車系統架構與細分市場資深總監Robert Bielby補充,最新i400 microSD卡的視訊功能將重新瞄準汽車市場。就汽車周圍如何安裝攝影機方面,特斯拉已經樹立了標準,其他OEM也正在考慮製造具有數位視訊記錄功能的汽車,該數位功能可以記錄每一英哩的行程,可用於包括遇到碰撞事故時報保險等各種目的。 「人們希望能夠將錄製資料交給保險公司,這樣透過重新播放就可以看清楚到底發生了什麼,」Bielby指出。儘管有人可能會認為這最終會進入雲端,但SD卡使用起來比較方便。然而不可避免的是,有越來越多的應用程式將被下載到記憶體和儲存耐久性還沒有充分保證的車輛中。 工業和汽車環境需要記憶卡可靠耐用 汽車應用需要可靠性和堅固性。汽車市場從同樣使用相機的工業領域中汲取了靈感。「那裡有一些非常有價值的解決方案,」Henderson認為。 即使一些資料被傳送到雲端,「人們也會發現並非所有資料都是值得傳送的優質資料。」他還指出,今天的可插拔記憶卡可以完整保留四個月的資料,並且可以根據需要快速提取。 工業儲存和安全產品製造商Swissbit也將工業領域視為主要市場。但Swissbit卻將CFexpress視為工業記憶卡發展的下一個最重要飛躍,因為CFexpress具有卓越性能、耐溫性、穩健性和靈活性。 Swissbit北美總經理Grady Lambert表示,CF長期以來一直與數位相機關聯在一起,如今CFexpress是所有需要記憶體快速更換或應用升級的理想選擇,儘管該技術在十多年前就被一些人視為「夕陽」產業,但直至今日,「太陽還沒有照到那些可插拔的卡片上呢!」 他補充,無論是工業、醫療還是遊戲市場,正是因可插拔性對許多市場有著很大的吸引力。工廠自動化可能面臨骯髒環境,在這種環境中,設備可能需要在不明顯暫停操作的情況下實現輕鬆更換。Lambert解釋,基於CFexpress卡(例如Swissbit的G-20系列)的靈活性、穩健性和高性能,使其特別適合工業應用,並且可以透過專門韌體調整來實現進一步最佳化。 雖然美光認為SD卡可以滿足汽車應用需求,但CFexpress也仍有機會,即便其容量有限。這是因為PCIe甚至NVMe開始在汽車領域獲得青睞,並且許多系統是相互隔離的。「CFexpress支援主機透過精簡和裁剪過的指令集直接與記憶卡通訊,」Lambert指出。 不僅汽車可以使用可插拔記憶卡,還有更廣泛的交通領域也能用。例如,在列車設備中,一個可拆卸、堅固的記憶卡可以很容易地從設備上輕鬆取出,從而就可以實現黑匣子一類的應用,以及其他資料記錄功能。  

圖2:兼有可插拔記憶體優勢和PCIe-SSD性能的CFexpress 2.0 Type B卡。

(來源:Swissbit)

Lambert透露,Swissbit還為運輸、工業、工廠自動化,以及安全應用提供SD卡,其中無人機是安全應用中一個不斷成長的領域。政府和軍事應用要求擷取的資料不能被隨意處理,因此SD卡中的安全功能允許資訊被安全地移除並帶到其他地方進行分析。 Lambert指出,Swissbit經常遇到一些客戶,其最初設計採用嵌入式eMMC,後來卻又放棄,原因是如果快閃記憶體出現問題,最終客戶解決問題的唯一方法就是重新恢復整個系統。所以該市場中仍有很大一部分需要可插拔記憶卡,即便是安全和監控市場會過渡到基於雲端的解決方案。 移動性是靈活及可擴展性的關鍵 焊接到設備上的快閃記憶體更換能力和嵌入式應用,是JEDEC跨界快閃記憶體(XFM)嵌入式和可插拔記憶體(XFMD)標準背後的動機。該規範於2021年8月定案,描述了一種通用資料儲存介質,可在NVMe和PCIe之間以小而薄的外形提供介面。 XFMD外形尺寸為14mm × 18mm,高度為1.4mm,比標準SD卡小,但比microSD卡大。它還被設計成一種可更換的儲存介質,用於可焊接的設備,並在設備的整個生命週期內保持不變。目標應用包括個人電腦、遊戲機、虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)裝置、無人機和監控系統等視訊記錄設備,以及元件通常可以使用十年的汽車應用。 話雖如此,JEDEC制定標準的方法並不針對任何特定市場,其UFS任務組聯合主席Bruno Trematore表示,「我們現在關注更多的是技術討論。不過,可以從技術規範中瞭解目標受眾是什麼類型。」 Trematore指出,一方面有針對低功耗應用(例如智慧型手機)的UFS卡,XFM規範的可插拔性允許其更換。對於因記憶體磨損或系統容量擴展而更換記憶體的場景,可插拔功能更適合。「UFS卡和XFM卡或元件是完全不同的標準。」。 Trematore認為,無論規範如何,可插拔記憶體和儲存卡的創新都包括在提高性能的同時降低功耗,但在添加功能時向後相容性也至關重要,「很少使用者想改變自己的軟體堆疊!」 另一方面,人們可能希望在不丟棄任何已經完成的工作前提下進行簡化——這是一條很好的技術路線。JEDEC的JC-64.1小組委員會主席Hung Vuong補充,JEDEC標準是開放的、並由成員推動,「他們將導入許多功能和要求,我們會嘗試與其他成員合作並使其標準化。」 從JEDEC的角度來看,未來標準的一個主要挑戰是解決熱效應,即使它能繼續將性能提高一倍並最佳化功耗,但遲早會達到熱極限,到時候小尺寸無濟於事。還有,對於系統設計來說,除了記憶體免焊接帶來的靈活性,可插拔記憶體卡還有助於降低成本。「每個人都在關心BOM成本,有些標準確實更具成本效益,」Trematore補充。 (參考原文:Removability, Flexibility Keeps Storage Card Market Moving,by Gary Hilson) 本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年10月號        

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