Connettività, algoritmi di IA, infrastruttura IoT e guida autonoma, sono alcune delle applicazioni trasversali che accomunano i settori industriale e automotive, dove si assiste a una crescente domanda di sistemi di data storage veloci, ad elevata capacità e affidabili. Le soluzioni per l’archiviazione dei dati adatte a soddisfare i requisiti stringenti tipici di queste applicazioni sono in massima parte basate sulla tecnologia flash iNAND, in grado di garantire elevata affidabilità ed eccellenti prestazioni anche nelle condizioni operative più critiche, offrendo un ampio range di temperature (da -40°C a +85°C/+105°C) e conformità allo standard automotive AEC-Q100. I dispositivi appartenenti a questa fascia includono le flash embedded basate sulla tecnologia e.MMC, le flash embedded con interfaccia UFS (analoghe alle precedenti, ma in grado di supportare velocità di trasferimento dati più elevate) e, infine, i dischi allo stato solido (SSD) basati sul protocollo NVMe (Non Volatile Memory express), espressamente progettato per ottenere le massime prestazioni da questi dispositivi di memoria. Gli industrial NVMe SSD rappresentano la soluzione ideale per le applicazioni più esigenti, dove sono richieste elevate prestazioni, ampia capacità di archiviazione (dell’ordine di qualche terabyte), range di temperatura esteso e capacità di operare in condizioni difficili, come l’ambito industriale e quello automotive.
SSD Western Digital di grado industriale
Viviamo in un’era in cui enormi quantità di dati sono generate 24/7 ad un ritmo elevatissimo, basti pensare alle fabbriche intelligenti (dove molti macchinari acquisiscono in tempo reale misure dai sensori per trasferirle poi sul cloud), oppure ai sistemi per la guida autonoma o, ancora, alle auto connesse. Anche se i dischi allo stato solido e altri tipi di memorie basate sulla tecnologia flash stanno diventando la scelta sempre più comune grazie alle elevate prestazioni e capacità di archiviazione, per il progettista è importante saper scegliere la soluzione più adatta al proprio progetto.
Nelle applicazioni industriali e automotive sono infatti fondamentali requisiti come affidabilità, robustezza, integrità dei dati e resilienza. Sebbene molti SSD di fascia consumer offrano capacità e fattori di forma analoghi agli SSD di grado industriale, esistono delle importanti differenze tra i due tipi di data storage che è bene approfondire.
Gli SSD consumer sono tipicamente utilizzati nei computer desktop e laptop, nei dispositivi portatili, nelle macchine fotografiche e videocamere, nonché nelle console di gioco portatili. I fattori chiave che guidano la loro scelta sono in genere la capacità, le dimensioni e il prezzo. Gli SSD di grado industriale sono invece adatti per applicazioni caratterizzate da elevate prestazioni, dove integrità dei dati e affidabilità sono requisiti imprescindibili. Queste includono l’automazione di fabbrica, il mercato automobilistico, i centri di elaborazione dati, nonché i settori medicale, avionico e aerospaziale.
Nelle applicazioni industriali o automotive, i dispositivi sono sottoposti a condizioni ambientali difficili, devono operare senza interruzione in un ampio range di temperature e gestire carichi di lavoro enormi. È quindi importante che i dispositivi di archiviazione siano estremamente affidabili, poiché un eventuale guasto del dispositivo può portare alla perdita di dati e lunghi tempi di inattività con conseguenze catastrofiche. I principali requisiti che tali dispositivi devono soddisfare sono i seguenti:
- Prestazioni elevate e bassa latenza: gli SSD industriali sono progettati per elaborare milioni di byte di dati, a cui possono accedere contemporaneamente più client. La latenza, nota anche come tempo di risposta, rappresenta il ritardo tra il momento in cui un comando viene inviato al driver del dispositivo e il momento in cui viene effettivamente eseguito. I dispositivi industriali offrono bassa latenza, prestazioni sostenute e massima produttività per lunghi periodi di tempo;
- Range di temperatura esteso: mentre gli SSD consumer devono operare solo tra 0°C e 70°C, i prodotti di grado industriale sono costruiti per resistere ad ampi intervalli di temperatura da -40°C a +85°C (che si estende a +105°C per alcuni impieghi automotive), consentendo loro di operare in modo affidabile anche in ambienti operativi estremamente freddi o caldi;
- Elevato numero di scritture: Le applicazioni industriali richiedono carichi di lavoro pesanti che portano a cicli di scrittura/cancellazione molto più frequenti rispetto alle unità consumer, con effetti sulla durata dell’unità di archiviazione. I cicli di scrittura/cancellazione richiesti per gli SSD industriali possono essere fino a cento volte maggiori rispetto a quelli della categoria consumer. Per prolungare la durata del dispositivo, vengono inoltre utilizzati algoritmi di “wear leveling” avanzati, i quali distribuiscono uniformemente le scritture su tutti i blocchi, anziché insistere sempre sugli stessi blocchi;
- Elevata durata: Il tempo medio tra i guasti (MTBF) di un industrial SSD può raggiungere valori di qualche milione di ore (corrispondenti a decine di anni di funzionamento ininterrotto), a cui si aggiungono sistemi di protezione dalle particelle solide, dalle corrosioni liquide e gassose, nonché dagli urti e vibrazioni, potenzialmente in grado di danneggiare i componenti interni.
Serie IX SN530 NVMe: caratteristiche tecniche
Adottando un’interfaccia particolarmente performante come la NVMe, la serie IX SN530 di Western Digital (visibile in Figura 1), rappresenta la soluzione ideale per soddisfare le esigenze attuali e future del mercato automotive e industriale.
A differenza dell’interfaccia SATA, utilizzata nelle prime generazioni di SSD per minimizzare le variazioni (rispetto agli hard disk tradizionali) nelle applicazioni industriali e più in generale nei sistemi di archiviazione dei dati, l’interfaccia NVMe è stata espressamente progettata per sfruttare al massimo le potenzialità offerte dai dispositivi storage ad elevata velocità, tipicamente basati sulla tecnologia iNAND flash. Per soddisfare i requisiti di elevata velocità, questo standard si basa sull’interfaccia hardware PCI Express (PCIe), consentendo un collegamento diretto con la CPU e minimizzando i tempi di trasferimento dei dati rispetto a una soluzione basata su driver SATA.
I nuovi SSD Western Digital (le cui caratteristiche tecniche sono sintetizzate in Figura 2) sopportano un’ampia gamma di temperature di esercizio (da -40°C a +85°C), migliorando l’affidabilità e riducendo la necessità di sistemi di raffreddamento o riscaldamento esterni. I Western Digital SSD della serie IX SN530 sono progettati per resistere a condizioni di utilizzo estreme, grazie a una resistenza agli urti di 1.500 G/0,5 ms e una resistenza alle vibrazioni da 7 Hz a 2.000 Hz prodotte da forze di 20 G.
La configurazione SLC, in grado di sopportare scritture fino a 24,000 TB e scritture sequenziali fino a 1,950 MB/s, consente di aumentare l’endurance rispetto alla configurazione TLC, dotata di maggiore capacità. Basati su una tecnologia NAND 3D a 96 strati, gli SSD dispongono di controller e firmware sviluppati internamente, processo di validazione e qualifica eseguito in fabbrica e longevità di almeno cinque anni. Grazie all’interfaccia PCIe Gen 3×4, i Western Digital SSD HDD offrono velocità sostenute anche a temperature elevate. Disponibile con due fattori di forma, M.2 2280 e M.2 2230 (Figura 1), la serie IX SN530 offre ampia flessibilità al progettista, anche in presenza di rigidi vincoli meccanici.
Figura 2: principali caratteristiche tecniche degli SSD IX SN530
Applicazioni
Gli SSD della serie IX SN530 sono particolarmente indicati per il settore industriale, in particolare per le applicazioni di Industrial IoT e per la conversione dei sistemi legacy basati su SSD SATA. Tali applicazioni includono sistemi di videosorveglianza, droni, gateway IoT, sistemi per l’automazione della fabbrica, smart building, sistemi di visione artificiale, elettromedicali e dispositivi per il pagamento elettronico.
In campo automotive, le possibili applicazioni riguardano tutti i sistemi in cui vi siano esigenze di archiviazione, come data logger, scatole nere, sistemi per la guida autonoma e per la connessione dei veicoli, navigatori e sistemi di infotainment. Le elevate performance offerte dagli SSD industrial consentono di gestire in tranquillità elevati volumi di dati, riducendo drasticamente i tempi di upload verso il sistema host o il cloud grazie a una velocità in lettura particolarmente elevata.
