SSD為車載信息娛樂系統提供緊湊耐久的存儲選項

如果汽車音響系統可以播放多張CD，這樣的車載娛樂系統就曾經是先進系統配置。如今的車載信息娛樂系統是復雜的嵌入式子系統，它們把MP3音樂播放、GPS導航、語音識別、免提蜂窩連接、DVD視頻甚至互聯網瀏覽等等如此多樣的功能集于一身。

　　隨著車載信息娛樂系統進入更廣泛的多媒體應用領域，它的存儲子系統正起著日益關鍵的作用。必須存儲并快速訪問音樂與視頻文件。必須快速搜索并顯示3D GPS系統的大型地圖數據文件，并且需要合成與存儲語音識別用音頻文件。

　　目前使用的多數信息娛樂系統都依靠加固型硬驅來存儲數據。這些裝置一般提供40GB至50GB容量。作為一種穩固成熟的技術，硬驅提供了若干有吸引力的優勢。按照每GB價格看，它們為設計者呈獻了一種合算的解決方案。在那些能克服硬驅固有的尋道與旋轉等待時間（例如，多數讀訪問都是順序式的）的應用中，硬驅能在短時間內輸送大量數據。但在目前日益復雜的車載信息娛樂系統中，在存儲子系統的挑選方面，其它因素起著日益重要的作用。

　　在許多應用中，硬驅上可用的龐大數據存儲空間幾乎沒有為車載信息娛樂系統設計者提供任何好處，這是因為多數系統僅需要4GB至8GB存儲器就足以滿足目前的多媒體應用了。而且，汽車業對可靠性的期望很高，對加固性的要求很苛刻，這導致它強烈偏愛一些對沖擊、振動、高溫和濕氣有很高承受力的存儲子系統。

　　緊湊的封裝

　　鑒于這些趨勢，新一代工業級小尺寸固態驅動器(SSD)為車載信息娛樂系統設計者提供了一種非常有吸引力的存儲選項。這些產品提供集成版或分立版。SST公司NANDrive產品線等等集成式NAND模塊把集成式ATA控制器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在單一封裝中。這些器件提供完整的IDE閃盤驅動器功能與兼容型，并采用緊湊的12mm x 18mm x 1.4mm BGA封裝。設計者只須簡單地把BGA安裝在系統主板上。引導時，系統經由ATA或IDE接口把該器件視作系統驅動器。

　　作為一種完全基于硅且不含任何機械運動零件的存儲解決方案，這些驅動器為設計者提供了更好的機會來滿足汽車業的嚴格沖擊與振動規范。從性能角度看，小尺寸SSD不僅消除了磁盤存儲系統必須執行的尋道過程（平均需要13ms），而且提供了高達30Mbps的讀寫性能。當前這代NANDrive器件質量合乎工業溫度范圍的要求，并提供多達8GB存儲空間，未來可提供更高密度。

　　更小的尺寸

　　小尺寸SSD的兩個主要優點是尺寸更小，性能高。過去十年，汽車制造商向汽車中引入了越來越多的電子子系統，因此縮小電子設備尺寸成了一件日益優先的工作。例如，目前的普通汽車集成了30至50個基于微控制器的系統。盡管硬驅制造商在縮小產品尺寸方面不斷取得進展，但與替代產品相比，目前的驅動器仍需要大得多的空間。例如，標準尺寸40GB硬驅是70mm x 100mm x 9.5mm，而工業級版本NANDrive則是12mm x 24mm x 1.4mm。在減輕的重量方面，僅重0.8g的NANDrive還不到硬驅重量的百分之一。

　　改善的數據完整性

　　數據完整性和延長的IC耐久性是最關鍵的存儲子系統考慮因素。如今的小尺寸SSD提供多種適合這些要求的特性。例如，為了補償使用NAND閃存時可能會出現的隨機讀誤差，SSD提供嵌入式誤差檢驗與校正(ECC)電路，旨在保證數據在進入和離開存儲器時的準確度。例如，NANDrive提供一種8位硬件 ECC引擎。

　　壞塊管理（Bad-block management）帶來了另一個挑戰。與NOR閃存不同的是，NAND IC的設計允許若干壞塊。為了管理這些缺陷，基于固件的壞塊管理功能在小尺寸SSD初始化時被激活，確定這些壞塊的位置，并把它們映射到存儲陣列之外。固件然后指揮控制器，不讓它使用這些指定的塊。當發現額外的壞塊時，固件更新映射，來保證這些塊不被使用。

　　MLC體系架構

　　寫操作耐久性構成了汽車市場中使用小尺寸SSD的另一個障礙。閃存IC會遭遇寫操作耐久性方面的限制：在反復的擦除和寫周期之后，存儲器不再保留數據。IC體系結構越復雜，存儲單元尺寸越小，IC的耐久性就越低。

　　例如，單級單元(single-level-cell，SLC)閃存器件一般規定在100,000個周期。使用更復雜的多級單元(multi-level cell，MLC)體系結構的器件，比如目前常用于便攜式消費設備中的器件，一般規定在10,000個周期。小尺寸SSD制造商已開始在面向汽車市場的 SSD中只使用SLC閃存，以此減輕這一風險。

　　另外，通過在器件的固件中采用磨損均衡功能，可以延長耐久性。磨損均衡算法把年齡計數器與閃存介質上的邏輯與物理扇區映射圖匹配起來，由此按塊或頁來跟蹤存儲器使用情況。對于每次寫和擦除動作，年齡計數器都會遞增。這些復雜的算法指揮控制器，讓它把存儲器寫動作轉到使用量較小的塊，由此自動平衡存儲器使用量。該技術利用了閃存的所有扇區，使它們同時達到寫極限，由此使SSD耐久性最大化。

　分立與集成式SSD

　　選擇了小尺寸SSD的汽車制造商還面臨另一個抉擇。他們可以購買即插即用的集成式解決方案，或是構建自己的使用了ATA閃存控制器的分立器件。許多因素都會影響這一抉擇。

　　在分立解決方案中，汽車制造商或子系統供應商將從不同供應商購買控制器和NAND存儲IC，并把這些IC安裝在板上。每個系統都依靠嵌入式閃存文件系統塊來管理主機和閃存之間的握手機制。當閃存供貨緊張時，該方法可以利用更多供應商，因此更靈活。但是，它也帶來了更復雜的庫存管理難題。而且，隨著NAND閃存技術的演變和供應商的增加，控制器與存儲器之間的兼容問題又成了另一個潛在問題。

　　集成式解決方案簡化了采購和設計流程，這是因為它把集成式ATA控制器與一顆或多顆NAND閃存晶粒組合在一個多芯片封裝中，并且為驅動器中的存儲IC優化了控制器。這些即插即用解決方案促成了從單一廠商采購的做法，由此簡化了庫存管理流程。而且，它們還能利用堆疊式封裝方法，來顯著節省空間。

　　使用多個廠商IC的分立解決方案占據的空間可能是集成式小尺寸SSD的兩倍。由于集成式解決方案裝在單一封裝中，因此它們還在可靠性方面提供了優勢。由于板上只有一塊芯片，因此集成式SSD的失效點比分立解決方案更少，并且可以更好地滿足汽車環境的沖擊與振動要求。就NANDrive而言，整個系列都在-40℃至+85℃工業溫度范圍內得到了廣泛測試和質量認證。