Особенности продуктовой линейки промышленных накопителей Apacer

Введение

Для начала стоит немного рассказать о компании Apacer Technology, которая была основана в 1997 году. На тот момент компания предлагала только модули памяти. После укрепления позиций на рынке, успешной вертикальной интеграции ноу-хау в производстве полупроводников и улучшения маркетинговых технологий был расширен ассортимент продукции. В 1999 году, следуя за увеличением популярности персональных цифровых устройств, компания выпустила на рынок флэш-память. Она не только добавила в портфолио продукции модули флэш-памяти и выпускаемые на ее основе USB-накопители, но и вошла в четверку крупнейших мировых производителей модулей памяти. Концентрация усилий на научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах в области создания конечных устройств и цифровых систем хранения информации позволила Apacer позиционировать себя как широко известного поставщика цифровых систем хранения данных. После формирования в 2002 году научно-исследовательского центра по разработке микропрограмм компания Apacer стала позиционироваться уже как интегратор цифровых систем хранения данных. В тот же период выпущен ряд новых продуктов, удостоившихся высоких мировых наград. В 2005 году компания Apacer, остающаяся верной своему девизу “Access thе Best”, была признана лучшим поставщиком цифровых устройств хранения данных. В 2007‑м Apacer инвестировала значительные средства в разработку встраиваемых модулей памяти, что позволило ей выйти в лидеры сегмента индустриальных цифровых накопителей. Изменение тенденций развития рынка модулей памяти в 2009 году привело к тому, что Apacer, занимающая устойчивое положение в указанных сегментах, диверсифицировала бизнес, создав три подразделения, в задачу которых входило еще больше укрепить компанию и ее позиции на рынке. В 2011‑м, по версии Gartner, Apacer вошла в десятку ведущих мировых поставщиков твердотельных накопителей для компьютеров.

Профессиональный подход к изготовлению промышленных накопителей

Продукция, предлагаемая компанией Apacer, используется на промышленных предприятиях, во встраиваемых системах, в оборонном комплексе, авиации и многих других областях, подразумевающих повышенную износо- и отказоустойчивость. Для удовлетворения жестких требований приложений продукция проходит обязательную предпродажную проверку. В ходе создания изделий производитель применяет ряд технологий, призванных повысить надежность и сопротивляемость модулей воздействию неблагоприятных условий окружающей среды.

Самыми важными преимуществами компании Apacer при производстве промышленных накопителей флэш-памяти являются неизменность компонентной базы, фиксированный состав компонентов на протяжении всего жизненного срока заказного изделия (обычно он составляет от 5 до 10 лет), возможность выпуска практически всей товарной номенклатуры для применений в расширенном диапазоне рабочих температур и повышенная устойчивость всего оборудования к вибрациям. Рассмотрим основные технологии и функции, используемые компанией Apacer при изготовлении своих изделий [1].

Функция проверки и исправления ошибок ЕСС

Случайные ошибки в чтении — обычное явление при использовании флэш-памяти типа NAND. При этом очень важна целостность и сохранность записанных данных. Функция проверки и исправления ошибок (Error Checking and Correction — ECC) играет важную роль для выявления и исправления ошибок во время чтения или записи данных в память NAND. На рис. 1 представлен принцип действия ECC. Когда информация направляется на сохранение в памяти NAND флэш-носителя (п. 1 на рис. 1), функция ЕСС срабатывает и генерирует код ECC, который сохраняется вместе с этой информацией (2). При извлечении информации из носителя (3) она проверяется на наличие ошибок с помощью сохраненного ранее кода ECC (4) и при необходимости корректируется. Подобный механизм позволяет частично сократить количество ошибок, но если их слишком много, считывание информации станет невозможным.

Рис. 1. Принцип действия технологии ECC:
1 — информация направляется на сохранение в памяти NAND флэш-носителя;
2 — функция ЕСС срабатывает и генерирует код ECC, который сохраняется вместе с этой информацией;
3 — извлечение информации из носителя;
4 — проверка информации на наличие ошибок с помощью сохраненного ранее кода ECC

Поддержка алгоритма распределения нагрузки Power Failure Recovery

При использовании устройства флэш-памяти одной из проблем является то, что приходится иметь дело с потенциально нестабильными источниками энергии. Нестабильный или неисправный источник питания становится одной из главных причин отказа всех систем хранения данных. Если речь идет об уже хранящихся данных, то при потере питания они не будут повреждены, так как флэш-память является энергонезависимой. Однако если при отключении питания с данными будут производиться какие-либо действия, то эти действия могут остаться в незавершенном состоянии.

Когда информация записывается на карту памяти и питание падает ниже определенного уровня, данные могут передаваться на карту памяти в поврежденном виде. Если уровень питания продолжает снижаться, то все операции с картой памяти полностью прекращаются. Чтобы предотвратить потерю данных в результате подобного события, необходимо подготовить процедуры восстановления при потере питания, позволяющие устройству флэш-памяти провести цикл проверки незавершенных операций и завершить их, устранив возникшие вследствие сбоя ошибки. Современный алгоритм распределения нагрузки, созданный компанией Apacer, используется для всех флэш-продуктов, позволяя избегать нарушения целостности данных при падении или потере мощности.

Функция защиты данных Secured Protection Zone

Использование данной функции позволяет с помощью нескольких простых действий установить уровень защиты для различных зон и активировать сам механизм защиты. Устройство можно разделить на три различные зоны защиты: ограниченная, только для чтения и незащищенная, которые определяются началом и окончанием логического номера сектора.

Возможно формирование до четырех зон, имеющих тип ограниченная или только для чтения, — то есть всего до четырех зон защиты может быть представлено одновременно. Большее количество защищенных зон невозможно, и команда на формирование дополнительной защищенной зоны будет воспринята как ошибка. Адресное пространство вне этих четырех зон автоматически помечается как незащищенное. После формирования зон их можно деактивировать или повторно активировать компонентами аппаратных средств либо с помощью программного обеспечения.

Конфигурация зоны защиты энергонезависима и будет оставаться неизменной вплоть до замены на новую. У зоны защиты есть начальный и конечный указатели, которые должны находиться в пределах от 0 до N–1, и начальный указатель должен быть меньше, чем конечный. Пересечение любых зон друг с другом невозможно, при попытке выполнения подобной команды будет выдана соответствующая ошибка.

Функция SMART

SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) — открытый стандарт, позволяющий устройствам, подключенным по интерфейсам ATA, IDE, SCSI, автоматически контролировать собственное состояние и сообщать о потенциальных проблемах, чтобы предотвратить утерю данных. Такая технология самодиагностики и мониторинга носителя информации определяет вероятность его выхода из строя на основе наблюдения за диском и накопления информации о его производительности и калибровочных параметрах. В идеале это должно позволить принять меры для предупреждения отказа.

Функция SMART в устройствах компании Apacer использует стандартные команды SMART для чтения информации с карты флэш-памяти в соответствии со спецификациями SATA Rev. 2.5 и ATA/ATAPI‑7. Работая на основном устройстве, утилита SMART анализирует и периодически сообщает о состоянии диска основному устройству, чтобы заранее предупредить о возможном скором отказе накопителя информации.

Функция выравнивания износа модуля

Алгоритм выравнивания износа управляет неодинаковым износом секторов носителей флэш-памяти, распределяя запись данных по секторам носителя. Этот алгоритм интегрирован во встроенное программное обеспечение дискового контроллера. Основной задачей алгоритма является предотвращение ситуаций, когда одни и те же секторы подвергаются чрезмерному износу (вследствие повышенной частоты обращений на запись), что может повлечь за собой выход из строя всего модуля.

В идеальном случае алгоритм позволит довести все секторы носителя флэш-памяти до предела износостойкости одновременно, существенно увеличивая время жизни самого носителя. С помощью механизмов предупреждения возможно заранее сообщить пользователю, когда пределы износостойкости достигнуты, и заранее скопировать содержимое носителя, прежде чем информация с него будет утеряна.

Пыле- и влагозащищенное исполнение

Применение твердотельных накопителей в промышленных вычислительных системах часто связано с суровыми условиями эксплуатации. Это обусловливает необходимость защиты поверхности изделия. В связи с этим компания Apacer выпустила твердотельные накопители, устойчивые к воздействию влаги и пыли и соответствующие стандартам IP57.

Для защиты твердотельных накопителей от влаги и пыли применяются технологии нанопокрытия и литья Macromelt, которые позволяют увеличить устойчивость накопителей Apacer к неблагоприятным воздействиям окружающей среды (табл. 1). К сожалению, непроницаемость разъема при этом не обеспечивается.

Возможно исполнение защищенных накопителей с применением следующих методов:

1. Литье:

• • литье под низким давлением без вреда для компонентов;
  • герметизация с помощью клея-расплава.

2. Нанопокрытие:

• • устранение точечных дефектов;
  • защита от воздействия кислорода, влаги, химикатов, растворителей и углекислого газа;
  • нанесение покрытия для защиты от загрязнений;
  • использование для поверхности из любого материала.

3. Конформное покрытие:

• • легкость в применении и экономичность;
  • высокая влагостойкость.

Технология питания CorePower

Отключение электропитания может привести к потере данных и повреждению таблицы ссылок. Эффективным решением является использование системы резервного электропитания, которая продлевает время работы контроллера в аварийной ситуации и позволяет переместить все находящиеся в кэше данные на флэш-память NAND (рис. 2). Сможет ли контроллер завершить все циклы записи данных на флэш-память NAND, в значительной степени зависит от мощности развернутых решений резервного электропитания и потребляемой мощности устройства и флэш-памяти NAND. Одним из широко распространенных решений является суперконденсатор.

Рис. 2. Принцип действия технологии CorePower:
а) без использования технологии CorePower;
б) с использованием технологии CorePower

Суперконденсаторы — это мощные, энергоемкие электролитические конденсаторы, имеющие компактные размеры. Они способны обеспечивать необходимую силу тока для аварийных операций во время неожиданного отключения электропитания и тем самым продлевать время работы. Это позволяет контроллеру осуществить несколько циклов записи во флэш-память для сохранения кэшированных метаданных и завершения управления блоками NAND. Суперконденсаторы широко применяются в различных встраиваемых приложениях, поскольку с ними проще работать, чем с обычными аккумуляторными батареями.

Еще одно решение — танталовые конденсаторы. Хотя конденсаторы этого типа проигрывают суперконденсаторам в энергоемкости, они отличаются повышенной надежностью и более длительным сроком службы. Танталовые конденсаторы более устойчивы к воздействию экстремальных температур и служат дольше суперконденсаторов, имеют повышенную прочность (табл. 2).

Технология очистки накопителя CoreEraser

Технология очистки накопителя обычно реализуется или через аппаратный переключатель, с помощью выбора положения тумблерного переключателя, или путем выполнения определенных команд, которые генерируются встроенным программным обеспечением накопителя. Запуск такой процедуры уничтожает данные в блоке пользователя и свободных блоках и/или перестраивает таблицу управления в системном блоке.

Поскольку процесс выполняется в самом диске, никакой дополнительной установки программного обеспечения не требуется. Даже если произойдет сбой питания, процесс будет продолжен, как только питание будет восстановлено. При применении этой технологии все данные с SSD-диска удаляются, причем сам диск остается в рабочем состоянии. Всего существует три типа CoreEraser.

Тип 1 — Quick Erase удаляет и потом восстанавливает таблицу управления в системном блоке, который действует как связь между данными и секторами накопителя. После того как таблица восстанавливается, данные, которые были удалены, не прослеживаются, так как новая таблица не может восстановить старые связи (рис. 3а).

Рис. 3. Технологии CoreEraser и CoreDestroyer:
а) Quick Erase;
б) Full Erase;
в) MIL Erase;
г) CoreDestroyer

Тип 2 — Full Erase является расширенной версией быстрого стирания (Quick Erase). При выполнении этой функции перестраивается таблица управления, удаляются данные, хранившиеся в пользовательском и свободном блоке. После чего дисковод будет представлять собой совершенно новый диск, поскольку значения данных во всех секторах будут равны FF или 00. Все ранее хранившиеся данные на устройстве будет невозможно восстановить даже с применением специальных технологий (рис. 3б).

Тип 3 — MIL Erase — это список опций очистки диска, составленный на основе всемирно признанных военных и промышленных стандартов, целью которых является полное уничтожение данных в пользовательском и запасном секторах диска с невозможностью их восстановления любым известным способом (рис. 3в).

Существует также функция с говорящим названием CoreDestroyer. При ее выполнении на дисковом пространстве уничтожаются не только данные, но и таблица управления и встроенное программное обеспечение. После выполнения функции CoreDestroyer диск SSD станет неработоспособным, так как вся его структура будет очищена. Для восстановления работоспособности накопителя необходимо осуществить переустановку встроенного программного обеспечения (рис. 3г).

Мобильное приложение Apacer SSDWidget

Apacer SSDWidget — это мобильное приложение, осуществляющее контроль и диагностику твердотельного накопителя в реальном времени. Администратор может получать важные данные с помощью клиента, установленного на настольном компьютере. С развитием мобильных и облачных технологий имеющиеся программные средства пополнились уникальными мобильными приложениями для смартфонов и планшетных компьютеров. После установки такого приложения администратор будет в режиме реального времени получать информацию о состоянии развернутых в системах твердотельных накопителей независимо от их местоположения и времени суток. Это позволяет повысить безопасность данных на твердотельных накопителях и сделать работу пользователей более удобной.

Клиентская версия включает перечисленные далее функции.

1. Функция SMART предназначена для комплексной проверки работоспособности твердотельного накопителя. В отличие от других программ предлагаемый Apacer SSDWidget прогноз срока службы твердотельного накопителя основан на динамическом анализе использования накопителя различными приложениями и фактической нагрузки. Зная состояние твердотельного накопителя, пользователи могут эффективно оценить риски и сформировать планы действий на случай непредвиденных ситуаций.
2. Функции сканирования накопителя, включающие быстрое и полное сканирование, позволяют проверить состояние твердотельного накопителя и убедиться в том, что никакие поврежденные блоки не используются, а накопитель может работать в обычном режиме.
3. Функция очистки накопителя применяется в том случае, если пользователь желает утилизировать твердотельный накопитель, но опасается утечки данных.

Кроме того, мобильная версия приложения позволяет получать доступ к важным данным системы независимо от местоположения и времени суток. При развертывании твердотельных накопителей Apacer в различных странах заказчики могут централизованно контролировать их работу и управлять ими с помощью мобильной версии приложения с удобным интерфейсом. Это помогает оперативно и четко контролировать использование и работоспособность твердотельных накопителей в любой точке мира. Приложение также способно синхронизировать последние данные о твердотельных накопителях Apacer, что повышает удобство управления ими.

Заключение

Компания вполне понимает перспективность цифровых носителей и потому продолжает проектировать все более совершенные типы таких максимально эффективных устройств, придерживаясь комплексного подхода к разработке новых корпусных (рис. 4) и бескорпусных (рис. 5) продуктов, к сотрудничеству с клиентами и к построению имиджа бренда. Слоган компании “Access thе Best” наглядно отражает ее стремление создавать только лучшие продукты и предлагать только высококачественный сервис. Опираясь на свой многолетний опыт в научных исследованиях и делая ставку на разработку передовых технологий, Apacer продолжает создавать инновационные решения, расширяющие портфолио компании. Все продукты Apacer получили широкое признание как среди пользователей, так и в мировых СМИ.

Рис. 4. Промышленный SSD-диск Apacer в корпусе

Рис. 5. Промышленный SSD-диск Apacer в бескорпусном исполнении