获得优势:为智能工厂设计闪存

winniewei 提交于 周五, 10/30/2020
获得优势:为智能工厂设计闪存

Axel Mehner, VP Marketing

现代化的工厂不再由独立运作的机器组成。适用于物联网的网络、微控制器和传感器技术,领导推出了工业物联网(IIoT)或“工业4.0”。 将这些智能工厂中的机器建立关系网以实现在地的协调和监控。

IIoT可通过有效利用从机器和传感器收集而来的数据彻底改变工厂车间。 这些数据在过去或许可以取得,但由于需要集成来自各种传感器的多种类型数据,因此不容易收集和利用。 嵌入式和联网控制器现在允许读取、处理和共享来自不同接口和不同格式的信息。

智能工厂能够更有效地利用组织中的资源来提高生产力和盈利能力。通过优化工作和维护计划,可以使用系统各个部分的数据来提高效率。 最终,工厂每月可以产生数千兆的数据,因此面临的挑战是如何有效地收集处理和存储信息。

IIoT系统已利用基于云的运算来实现远程监控和管理,将数据存盘以及执行更复杂的分析。 随着网络规模和数据量的快速增长,云运算模型正面临一些严峻的挑战。 这些包括高延迟以及有效利用可取得的带宽。

将计算推向边缘

边缘运算是一种解决方案。 它将计算和存储资源置于IIoT网络的边缘,靠近设备和数据源,从而减少对云的依赖。

边缘处理器需要具有足够的处理和存储功能,才能执行所需的复杂处理。 这些工作负载越来越多地使用机器学习(ML)和人工智能(AI)方法。 这些使非常复杂的决策能够自动执行,但是需要快速存取非常大的数据集。

边缘节点还充当通往云的网关。 一方面,它与“物”的网络(机器、操作员、运输、仓储和存储)进行通信,另一方面,它与因特网和云服务进行通信。 这意味着它可以管理数据收集、固件更新、活动日志和用户界面。 因此,它需要为大量数据提供安全可靠的存储。

工业环境中典型的边缘计算节点是采用可编程逻辑控制器(PLC)形式的加固型模块化计算系统。 这些具有一些特定的约束,这些约束会影响最佳存储解决方案的选择。 它们通常非常紧凑,例如没有企业服务器中的扩展槽。 它们需要承受冲击和振动,并在-40°C至+ 85°C的工业温度范围内运作。

闪存:边缘的理想存储解决方案

边缘处理需要计算能力和存储能力。 为两者找到合适的技术至关重要。 固态驱动器(SSD)中使用的NAND闪存非常适合PLC使用。 它具有坚固(因为没有活动部件),低功耗和高性能的优点。 使用Hyperstone闪存控制器执行的闪存储存可以满足工业要求。

除了快速存取和低延迟之外,边缘运算的实时性还要求可预测的性能。 Hyperstone闪存控制器的设计和固件可以针对特定用例进行微调,以确保I / O性能与后台任务之间达到最佳平衡。

PLC通常具备有限的空间来容纳其他组件。 这意味着并非总是可以增加SSD或内存模块。 在这种情况下,闪存和控制器可以集成到主电路板上,Hyperstone称之为板载电子盘(DoB)解决方案。 执行DoB解决方案确实意味着要进行更多的设计工作,但它也提供了更强大的解决方案。 将所有东西都放在主板上可以省去电缆和连接器,从而降低BoM成本并消除由这些连接所引起的故障模式。

闪存储存的使用寿命取决于损耗均衡和最小化写入放大的精密算法。 Hyperstone闪存控制器中的固件可以针对特定应用程序的存取模式进行调整,将闪存的使用寿命提高到最大限度。

该存储不会受功率损耗影响,不会导致数据损坏或遗失。 例如,恢复电源后,系统能够重新启动并继续运作。 Hyperstone的控制器具有多项功能,以确保即使发生意外的电源故障,数据也不会遗失

同样重要的还有能够监视存储系统的性能,在故障导致停机或数据遗失之前及时进行更换。 Hyperstone控制器监视原始错误率和其他参数,以确定闪存的运作状况。拥有搭载Hyperstone控制器之存储模块的用户,可以使用我们的hySMART™实用程序来监视系统状态。 该工具使用及时运作状况参数,包括ATA标准和Hyperstone特定的SMART数据,来计算使用寿命。 然后,透过图形用户界面(GUI)显示,清楚地了解操作存储系统是关键,尤其是在SMART工厂和工业环境中,意外故障可能会对总体操作产生重大影响。

另外,设计工程师还可以使用Hyperstone用例跟踪器来记录有关应用程序如何使用闪存的详细信息。 藉由获得精确的数据模式、数据传输的大小以及写入和读取的数据总量,可以针对其独特的用例完美地优化存储模块的设计。 这使设计人员可以针对特定应用微调最佳闪存配置。 如果是从头开始设计新的存储系统,或者重新利用现有设计, 这样可以提高性能并将闪存的使用寿命提高到最大限度。

边缘运算和闪存存储的未来

工业边缘运算在本地计算资源中结合了联网的IIoT节点和云计算的优势。 它支持资源密集型应用程序对大容量存储的低延迟存取。 它还将带宽和服务器资源的使用减到最少,这两者都是有限且要付费。

但最终,所有这些都取决于快速且可靠的存储。

NAND闪存是工业边缘计算的理想存储介质。 尽管可能有许多存储模块,但执行板载电子盘解决方案是理想的选择,因为它可以最大程度地减少空间需求并消除作为潜在的故障点连接器。对于那些设计存储解决方案而言,快速增加的容量和每位价格的下降使NAND闪存成为引人注目的的选择。 但是,赋予边缘设备更多功能的是高端闪存控制器的性能。

闪存控制器是存储解决方案中至关重要的组件,选择高质量的控制器是工业边缘运算中可靠存储的关键因素。 为了满足智能工厂的严格要求,控制器需要在工业环境运作下提供可预测的性能和寿命。

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