תכנון NVMe SSD עבור אפליקציות תעשייתיות

נעים קדימה – כונן  SSD עם ממשק Native PCIe עבור יישומים תעשייתיים

ביצועי SSD מהווים את אחד מהשיקולים החשובים ביותר בעת תכנון של יישומים תעשייתיים. טכנולוגיית ה – SSD עדיין מתפתחת ומהירות הממשק ממשיכה לגדול. ממשק ה-PCIe הופיע בשוק בערך באותו זמן ש – SATA 3.0 Gbps (Gen. 2) הפך פופולרי. אולם בשל המגבלות של טכנולוגיית ה FlashIC וחוסר תמיכה של מחשבים תעשייתיים, ה – PCIe SSD לא הפך להיות פופולרי. זה היה נכון עד היום, כיוון שכעת ביצועי רכיבי ה-Flash השתפרו והתעדכנו משמעותית. תמיכה בדרייברים של מערכת ההפעלה עבור התקני אחסון מסוג PCIe, לצד התמיכה בפרוטוקול שלnative NVMe הביאו לכך שניתן לעשות את הקפיצה הגדולה קדימה.  טכנולוגיית PCIe SSD התבגרה והפכה להיות נגישה  ומועדפת עבור פלחי שוק מסוימים. מאמר זה דן באפשרויות התכנון של NVMe SSD עבור יישומים תעשייתיים.

יעילות בביצועים

הביצועים של ממשק ה-PCIe הינם הערך החשוב ביותר עבור המשתמשים או האינטגרטורים של המערכת. הטבלה הבאה מציגה את ההשווה בין רוחב הפס של ממשקים שונים ואת ההבדלים בין הטכנולוגיות השונות. ניתן לראות בבירור את היתרונות  של ממשק ה – PCIe.

כדי להבטיח את אותה רמת הביצועים הגבוהה  של התקני NVMe SSD, אשר גבוהה לפחות פי 3 ממהירות SSD מבוסס SATA, איכות הסיגנל של ערוץ הנתונים צריכה להילקח בחשבון. איכות אות גרועה לא רק פוגעת בתפוקה ובביצועים, אלא גם גורמת לבעיות אמינות. תכנון ערוץ ה – PCIe מסוג NVMe של המחשב חייב לעמוד בדרישות המפרט של ההתקן, וזאת לשם מתן גישה אל אמצעי האחסון הבלתי נדיפים מסוג NVMe שמחוברים באמצעות ערוץ ה – PCI Express יש לבדוק את המערכת במעבדות בדיקה מתאימות, על ידי כך ניתן להבטיח את התאימות בין המחשב (לוח האם) לבין ההתקן (NVMe SSD).יישומי SSD PCIe כגון דטה סנטר, עיבוד תמונה / וידאו וראיית מכונה, וכל היישומים שמבצעים עיבוד נתונים אינטנסיבי על אמצעי אחסון, יכולים “ליהנות” מרמות ביצועים אלו.

תאימות הפלטפורמה

בחירת גודל המארז  (Form Factor )

לעתים קרובות, עבור יישומים תעשייתיים נדרשת גמישות של התקני ה – I/O ועיצוב קומפקטי של המארז. כתוצאה מכך, יש נטייה לשלב ממשקים ומחברים שונים במערכות משובצות או בלוחות אם עבור דרישות שונות. אפילו ללוח בגודל קטן יהיה מחבר MiniPCIe, מחבר M.2, ואפילו מחבר PCIe עבור יישומים שונים. בחירה בהתקן SSD תשפר את הגמישות בתכנון המערכת הכוללת. זה יאפשר בחירה בין מספר סוגים שונים של SSD מבוססי NVMe עם מחברי PCIe שמורכבים בלוחות אם תעשייתיים.

  • MiniPCIe – אחד מהמחברים הפופולריים ביותר עבור לוחות אם תעשייתיים וזמין ברוב הלוחות. כברירת מחדל, הוא תומך בממשק x1, אך עם התאמות (הן בלוח והן בהתקן) ניתן לתמוך גם בממשק x2.
  • M2- הופך פופולרי לא רק למטרות אחסון, אלא גם למודולי תקשורת אלחוטית. הבעיה הגדולה ביותר עם ממשק ה-M.2 היא ריבוי המפרטים השונים מאוד שלו, אשר מסווגים לפי מפתחות מכניים שונים.


דרישות חומרה ותוכנה

דרישות חומרה ותוכנה

NVMe הוא פרוטוקול חדש עבור PCIe, ודורש תמיכה הן ברמת ה- chipset    והן רמת הדרייברים של מערכת ההפעלה כדי לעבוד בפונקציונליות המלאה שלו.

  • חומרה – מעבדי ליבה של אינטל החל מדור 6 (Skylake, Kaby Lake, Coffee Lake)
  • מערכת הפעלה – Windows 7: נדרשת התקנה של דרייבר נוסף, בעוד ש – Windows 8.1, Linux Kernel 4.4.16 והגרסאות החדשות יותר שלהם כבר כוללות את הדרייברים של NVMe.

תכנון וניהול חכם של צריכת הספק

כדי לספק יציבות בביצועים ולהשיג אמינות ברמה תעשייתית, יש חשיבות רבה ליציבות אספקתהמתח וההספק עבור התקני ה- NVMe SSD. יש לקחת בחשבון מספר פרמטרים לתכנון וניהול חכם של צריכת ההספק.

הפעלה הדרגתית (soft start) פנימית אוטומטית

מצב של הפחתת הזרם בזמן הפעלת מתח מידית, כדי שרמת המתח תהיה יציבה ולא תגרום לשגיאות בקריאת / כתיבת נתונים.

בקרת משטר מתחים

ישנם מספר רכיבים (Flash IC / Controller IC / DDR IC) שצריכים אספקת מתח נפרדת. יש לתכנן משטר מתחים  (בזמן הדלקה או כיבוי)  המבוסס על רצף OFF / ON של ספקי כוח מרובים מתוכנתים אשר מבטיח יציבות המתח הפנימי של ה – SSD על מנת להשיג יעילות עבודה גבוהה ויציבה.

בקרת מצב צריכת הספק נמוכה- Low Power Mode

במצב  זה, ה – SSD פועל בתפוקה חלקית . כדי לשמור על יעילות העבודה של ה – SSD יש צורך בבקרה על צריכת ההספק ו הגנה על בקרת הוויסות, וזרם רגיעה. בדרך כלל יש צורך ברכיב חיצוני לניהול צריכת ההספק כדי להבטיח זרם רגיעה יציב של כ-30 מיקרו אמפר.

הגנה בפני נפילות מתח

יש צורך ביישום של מנגנון הגנה בפני נפילות מתח כדי  לשמור על רמה גבוהה ביותר של הגנה על נתונים. מנגנון זה משלב ארבע פונקציות שונות –  Power Failure Saver, Power Drop Catcher Flush Manager, ו – Voltage Stabilizer).

פתרון תרמי מנגיש את התקן ה – NVMe SSD עבור יישומים תעשייתיים

NVMe SSD שמבוסס על מעבדים מתקדמים בהספק גבוה, שמייצרים  יותר חום מאשר SSD רגיל. כדי להשתמש ב – SSD מסוג NVMe בצורה אמינה ביישומים תעשייתיים ועל מנת להבטיח שיעבדו בתחומי טמפרטורה רחבים, תוכננה סדרת המוצרים SQFlash NVMe של Advantech עם מספר תכונות שהופכות את המוצרים ליותר אמינים.

  • סימולציה תרמית טרום תכנון – סימולציה יסודית אשר מבוצעת לפני ואחרי תכנון לוח ה – PCB אשר בודקת נקודות תורפה תרמיות ונותנת פתרונות מתאימים שנועדו להפחית את הצטברות החום ביישומים תעשייתיים.
  • ניהול ויסות תרמי – כאשר בקר ה – SSD מזהה התחממות יתר באמצעות החיישן הפנימי, רכיבי הקושחה יווסתו את כלל הפעילות של ה – SSD ויגרמו לבקר להתקרר, ובכך ימנעו תקלות או נזק פיזי להתקן. לאחר ירידת הטמפרטורה לרמה תפעולית, ה – SSD יחזור באופן אוטומטי לרמת ביצועים מלאה.
  • ניטור טמפרטורה בזמן אמת – חיישן תרמי מובנה ב – NVMe SSD מבקר על טמפרטורות העבודה של ה – SSD ומציג נתונים חשובים. המשתמש יכול לגשת בקלות לנתונים אלה ואף להגדיר ספים כדי להתריע או לווסת את עומסי העבודה באופן אוטומטי.

 

 

ADVANTECH

תגובות סגורות