因應嚴苛環境的NAND Flash與SSD強固化設計關鍵

SanDisk整合式SSD iSSD 64GB。(SanDisk)

隨著Flash記憶體單位儲存成本持續探底，原本工控用途或是軍規設計的Flash儲存裝置，目前在常規筆電或是消費性電子產品已經相當常見，甚至在車用電子、影音娛樂裝置也有相關產品試圖進行應用整合，這些現象雖擴展了Flash記憶體的應用場合，但緊接著在持續擴大容量的發展趨勢下，如何維持原有的穩定與高效能應用，就成為這類產品的開發挑戰。

以往視聽娛樂設備，大多採行CD或DVD這類光儲存媒體，去解決大量資料儲放的需求，而且光儲存媒體較不受環境(如潮溼、震動、高溫)影響，只要讀取機制進行改善，大體上還能維持不錯的應用水準，但現在熱門的MP3隨身聽、車用音響系統，甚至是常規的筆記型電腦均開始以提供Flash記憶體做為主儲存裝置，提供更小的產品體積、更便捷的讀寫應用，尤其是車用電子的多媒體播放系統，導入Flash記憶體作為媒體資料儲存，亦可獲得抗震、耐用特性。

硬碟裝置仍具備性價比優勢

目前礙於成本差異，多數的汽車娛樂系統，仍採行硬碟機(HDD)作為主要的儲存裝置，利用硬碟裝置可以輕鬆在100美元以下讓系統擁有超過500GB的儲存容量，HDD的單位儲存成本約為5GB容量不到1美元，這為系統設計師提供極具吸引力的儲存解決方案，即便硬碟機仍有固定的存取延遲和抗震性能較差的問題存在。

Flash儲存方案 能滿足車載娛樂系統要求

但事實上，在汽車電子應用領域，硬碟機帶來的好處並不多，還可能壞事！因為在汽車電子這類應用環境較嚴苛的場合，由於硬碟機採大量機械式結構，讓車車運行中可能產生的震動、衝擊、溫度與濕度等惡劣使用條件，都會讓儲存子系統出現無法預期的故障問題，這也成為Flash記憶體即便單位成本仍高，依舊成為相關設計方案導入對應Flash儲存子系統解決方案的重要關鍵。

新興的SSD固態硬碟，為汽車電子或是常規筆電這類，應用環境可能需要較高防震處理的場合，提供極為有利的導入優勢！

磨損均衡系統強化設計

同樣也是成本問題，Flash儲存子系統，目前為達到高儲存容量，必須使用較低成本的NAND Flash MLC型記憶體，這在讀寫次數的上限可能表現相對較為遜色，也可能因此影響業者採行相關解決方案。但實際上固態硬碟製造商採取對應措施，利用磨損均衡系統去延長儲存單元的使用次數壽命。

磨損均衡系統的原理是在使用者應用儲存裝置時，利用計數器同步記錄使用次數，再透過演算法均衡分配每個儲存單元的使用頻次，讓應用的同時，即可為Flash儲存子系統的每個儲存單元，做到最均衡的使用，因此可以讓儲存子系統有達到延長至最長的使用壽命表現。

分離與整合控制器與儲存系統

在實際設計案例中，系統工程師可以選擇分離設計的Flash儲存子系統，也就是將Flash控制器與NAND Flash儲存元件分開進行產品配置，但此法對於系統開發過程中，多了控制器與儲存元件的布線與驗證設計程序，容易因為匹配上的問題影響產品開發時程。

較新穎的設計方式，其實系統開發者可選擇整合型的Flash元件進行配置，挑選儲存子系統僅需針對所需容量，選擇合宜的產品進行實際配置，由於控制器與Flash儲存單元已經整合在一塊，若系統設計出現問題，可以提前排除儲存子系統的匹配問題，花更多心力進行系統設計除錯。

但也有設計師樂於使用標準的工業設計模組，進行儲存子系統的配置部署，例如，設計案僅提供PATA或SATA標準介面，系統利用標準的ATA介面與SSD模組進行連結，不僅可以在設計上將連接儲存子系統的開發負荷降到最低，也可擁有使用容量的彈性，但在量產時採行這類設計在BOM料件和成本會略微提升，產品的外型受限標準模組，無法有效縮小。