思想領導力

2015年5月13日
適用於工業IoT應用的小資料儲存解決方案
隨著IoT應用的快速增長,組織廠商必須解決對可靠資料儲存可靠性的需求

撰寫人:ATP副總裁兼SD協會董事會成員Danny Lin,和ATP業務開發和應用工程Saurabh Pande

物聯網(IoT)正在世界各地興起。根據麥肯錫全球研究院報告,截至2025年,IoT對全球經濟的影響可達到6.2兆美元。該報告還預測,截至2020年,連接裝置的市場將增長至200億或300億臺裝置。

在過去幾年內,IoT裝置的使用成倍數增長,甚至已經成為日常生活的一部分。IoT系統有三大主要類別:消費電子產品消費者、機器到機器和工業用機器到機器。工業應用包括醫學中心、安全和監控需求、鐵路、航空運輸、環境條件監測、災難管理和零售。

考慮到工業IoT應用對許多不同行業的影響,故障可產生多個級別的災難。此外,與消費電子產品IoT或傳統的機器到機器IoT 相比,該IoT應用類別的要求更加苛刻。這些系統的溝通要求不僅僅是客戶端/伺服器。相反,節點在網路上成對出現,每個節點為另一個節點制定決策並報告狀態。

節點之間的通訊故障是不被容許發生的。這些系統處理任務的速度通常比人更快,因此它們必須可靠安全地運行,無需人為干預。如果由於幾分鐘的停機時間導致資料缺失,則可導致重要資訊丟失。這樣一來,通訊出現錯誤可能帶來額外的成本,甚至是安全威脅。

伴隨著高風險、高要求是工業IoT應用裝置的本質。這些裝置通常小巧緊實。在有限的空間內要求安全可靠的儲存資料成為一項重大挑戰。

完美的符合需求

幸運的是,SD記憶卡「可移動數位儲存裝置」擁有多項的特性,使其能夠滿足這些裝置的需求。

  • SD記憶卡非常小巧,是IoT裝置為數不多的小型裝置解決方案之一。因為能夠提供各種尺寸的卡片和microSD,因此使用者可以自主選擇。
  • 記憶卡值得信賴,性能可靠而且省電。這些特點尤其適用於遠程或難以接近的區域。
  • 卡片可提供靈活性,並具備較大的操作溫度範圍。
  • 使用者可以在記憶卡上執行可靠性強化和糾錯的演算法。
  • SD記憶卡已經成為成熟的儲存解決方案,並且隨著技術的不斷發展,記憶卡的功能也將不斷完善。

和任何解決方案一樣,SD記憶卡會遇到阻礙其性能的特定問題。但是,使用者可以克服這些障礙。

應對技術的挑戰

IoT裝置通常不間斷地連續操作,其感應器必須記錄每一秒鐘的資料。將資料從SD記憶卡發送至相關裝置時,時間上的任何小延誤都可能導致資料損壞。如果出現這種情況,因為延誤已經中斷了資料流,裝置為了正常運行會丟失所需的關鍵資訊。資料在傳輸中丟失,最終系統嘗試在不執行最新資訊的情況下運行。這會引發嚴重後果。

要解決該問題,簡單的解決方案就是備份資料。裝置應該包括備用電池,但SD記憶卡則是一個更加簡單的選項。製造商可以將備份代碼編寫到記憶卡中,允許卡片恢復到之前的狀態,就像是PC或MAC在遇到系統崩潰時的應對機制。

讀取/編程干擾,這是卡片架構的內部問題,會產生不同類型的挑戰。這一現象尤其發生在使用NAND閃存的SD記憶卡等裝置中。在包含寫入資料的架構內部,當成一行排列的相鄰儲存單元間出現電荷洩漏時,這一問題便會出現。沒有任何安全措施可以防止電荷從目標儲存單元洩露到相鄰儲存單元中。如果相鄰儲存單元已經有電荷,則洩露可導致上述干擾。干擾會帶來問題,因為它們會減少SD記憶卡的壽命。

有數種監視解決方案可以幫助防止干擾。首先,卡片內部的特定算法作為控制器,定期檢查儲存單元,以確保儲存單元的狀態與之前一樣。第二,如果出現意外變化,自動刷新會糾正錯誤,以確保電荷到達目標儲存單元,且資料正確。要利用這些功能,必須從將該技術融入設計的供應商那裡購買SD記憶卡。

壓力之下保持穩定

為工業IoT應用提供資料儲存時,SD記憶卡有時候要在極端條件下運行。條件的範圍包括溫度、濕度、壓力、機械振動或衝擊、輻射和高海拔。

智慧型汽車便是IoT應用受到極端溫度這一主要需求條件的典型範例。理論上來講,隨著智慧型汽車日漸普及,從嚴寒的俄羅斯北部到炙熱的阿拉伯 半島,它們將在許多不同地理位置越來越常見。長期暴露在極端溫度中時,資料丟失會導致上面提到的智慧型汽車出現各種類型的裝置故障。

這一威脅之所以存在,是因為溫度會影響卡片中的閃存和資料保持。極端條件導致閃存儲存單元保持電荷的能力上下波動,這將會影響資料的保存能力。

有時,所產生的後果根據特定應用而不同。GPS系統透過SD記憶卡儲存地圖,極端條件可能會影響其導航功能。因此,在加利福尼亞州度假的人可能會發現自己的地圖應用程式在那裡毫無用武之地。

藉助在極端溫度條件下經過耐久性測試的卡片,SD記憶卡製造商可以解決這一問題。透過新興技術,供應商得以生產出性能穩定的記憶卡,這些卡片均能夠承受具有挑戰性的外界條件。為工業IoT應用尋求儲存解決方案的使用者應該避開為消費電子產品製造的記憶卡,因為該行業的供應商在設計產品時通常不會考慮到極端條件。

如何為產業IoT應用選擇SD記憶卡會依據目的不同而有所差別。在很大程度上取決於應用本身以及其操作環境。然而,對於任何應用來說,黃金法則就是選擇所設計產品的穩定性能夠持續多年的知名製造商。

Danny Lin是ATP的副總裁,也是SD協會的董事會成員。在ATP,Danny負責全球供應戰略夥伴關係和聯盟。透過SDA董事會,Danny不斷推動SD記憶卡採用率在非傳統市場中的持續擴大,包括IoT、工業/嵌入式、醫療保健和汽車。要與Danny聯繫,可發送電子郵件至DannyL@us.atpinc.com

Saurabh Pande負責ATP現有及新戰略客戶群的業務開發、解決方案工程和技術營銷。要與Saurabh聯繫,可發送電子郵件至SaurabhP@us.atpinc.com.

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