|
來源：Digi-Key 作者：Bill Giovino 每個(gè)工程師手頭都有各種 microSD 卡。我的卡則隨意擺放在桌面上各個(gè)方便的位置。每當(dāng)我的電話、平板電腦或單板機(jī) (SBC) 需要 microSD 時(shí)，它就會(huì)像蝙蝠俠一樣神秘地出現(xiàn)。我的方法一直很管用，直到發(fā)生了“2019 年桌面吸塵器大事件”——裝有實(shí)驗(yàn)性 Linux 發(fā)行版的 16 GB microSD 突然消失了。吸塵袋里沒有，所以我猜它現(xiàn)在是在隱藏的時(shí)空維度，那些不可更換的螺絲和電工膠帶就消失于其中。 當(dāng)然，這導(dǎo)致我把所有的 microSD 卡放到一個(gè)地方，作為工程師的我，還得把這些閃存卡歸類。最初，我想按存儲(chǔ)容量組織這些卡，但當(dāng)看到這些不經(jīng)意的收藏時(shí)，我決定采用不同的策略。 我不考慮容量，而是考慮哪些 microSD 卡對(duì)我有用，哪些卡因數(shù)據(jù)損壞而失效。我開始研究閃存卡，當(dāng)看到閃存卡評(píng)分時(shí)，我發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上有大量錯(cuò)誤信息。當(dāng)看到我的那些因數(shù)據(jù)損壞而失效的 microSD 卡常被網(wǎng)上的“公正”評(píng)論者評(píng)為速度最快、排名最高的閃存卡時(shí)，我開始懷疑起來。所以，像任何優(yōu)秀的工程師一樣，我自己做了研究，發(fā)現(xiàn) microSD 閃存卡就像生活一樣，沒有提到的東西比提到的東西重要得多。 閃存類型基本知識(shí) 要了解閃存，我們需要知道存儲(chǔ)單元的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。單階存儲(chǔ)單元 (SLC) 閃存是每個(gè)單元一個(gè)比特（圖 1）。多階存儲(chǔ)單元 (MLC) 閃存指每個(gè)單元多個(gè)比特，實(shí)際上相當(dāng)于每個(gè)單元兩個(gè)比特。我認(rèn)為這是一種營銷失敗，其后果我稍后會(huì)談到。三階存儲(chǔ)單元 (TLC) 是每個(gè)單元三個(gè)比特，四階存儲(chǔ)單元 (QLC) 是每個(gè)單元四個(gè)比特。 
圖 1：閃存類型根據(jù)每個(gè)單元的比特?cái)?shù)進(jìn)行區(qū)分，從 SLC 到 QLC 比特?cái)?shù)依次增加，每種類型有各自的含義。（圖片來源：Micron Technology） 閃存陣列一個(gè)單元內(nèi)可放入的比特?cái)?shù)越多，閃存陣列就越小，存儲(chǔ)器件的價(jià)格也越便宜。但是，尺寸減小是有代價(jià)的。存儲(chǔ)比特越小，閃存單元能經(jīng)受的編程/擦除周期 (P/E) 就越少，因此容易出現(xiàn)故障。當(dāng)每個(gè)單元中放入多個(gè)比特并通過緩存閃存控制器尋址時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)非常快的速度，但存儲(chǔ)陣列在讀寫時(shí)耗電也越多。這點(diǎn)很重要，因?yàn)槲乙庾R(shí)到，所有 SLC 和真正的 MLC microSD 卡都沒有給我?guī)磉^任何麻煩。 之所以說“真正的”MLC，是因?yàn)閺募夹g(shù)角度看，這種每單元兩個(gè)比特的說法指的就是多個(gè)比特。一些聲譽(yù)較差的閃存產(chǎn)品制造商——授權(quán)電子器件分銷商不會(huì)銷售這樣的產(chǎn)品——喜歡將其 TLC 和 QLC 產(chǎn)品標(biāo)榜為 MLC，聲稱：“嘿，這就是多個(gè)比特，不是嗎？” 關(guān)于 microSD 閃存卡，談?wù)撦^少的是其功耗。消費(fèi)級(jí)閃存卡制造商很少發(fā)布其器件的功耗。因此，將閃存卡用于重要工作時(shí)，務(wù)必檢查該參數(shù)。這需要費(fèi)一番工夫，但我發(fā)現(xiàn)，我的所有發(fā)生數(shù)據(jù)損壞的 microSD 卡的功耗都在較高范圍端，其中包括一些速度最快的閃存卡。 在諸如 Raspberry Pi 3 Model A+（圖 2）等單板機(jī) (SBC) 中使用閃存卡時(shí)，如果電路板將在遠(yuǎn)程位置無人看管下工作，你可能想要在期望特性列表中強(qiáng)調(diào)低功耗，因?yàn)榭赡軣o法執(zhí)行定期維護(hù)檢查以查看閃存卡狀況。長(zhǎng)期來看，速度最快或密度最高的閃存卡可能不是最可靠的解決方案。
圖 2：在為 Raspberry Pi 3 Model A+ 等 SBC 選擇 microSD 卡時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查其是否為低功耗產(chǎn)品，因?yàn)檫@關(guān)系到可靠性的高低。（圖片來源：Raspberry Pi） 一款工業(yè)用途的可靠型閃存卡的實(shí)例是 Delkin Devices 的 S304TLNJM-U1000-3 4 GB microSD 卡（圖 3）。這是一種 SLC 閃存卡，工作溫度范圍很寬（-40°C 至 +85°C），因此適合于惡劣的工業(yè)環(huán)境。microSD 卡通常僅規(guī)定 3 到 5 年的數(shù)據(jù)保留期，但這款 4 GB SLC 閃存卡的數(shù)據(jù)保留期為 10 年，對(duì)于 microSD 卡來說非常難得。
圖 3：S304TLNJM-U1000-3 是一款 4 GB SLC 工業(yè)級(jí) microSD 閃存卡，擁有低功耗特性和 10 年的數(shù)據(jù)保留期。（圖片來源：Delkin Devices） S304TLNJM-U1000-3 閃存卡的功耗非常低。讀取電流消耗額定值小于 50 毫安 (mA)（典型值），比大多數(shù)消費(fèi)級(jí)閃存卡的讀取電流低得多。寫入電流額定值小于 100 mA（典型值），同樣顯著低于消費(fèi)級(jí)閃存卡。對(duì)于可能需要在系統(tǒng)中升級(jí)閃存的電池供電型物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 節(jié)點(diǎn)，寫入電流很重要。待機(jī)電流小于 0.500 mA（典型值），這對(duì)于電池供電型 IoT 節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)樵谀承⿷?yīng)用中，microSD 卡更多時(shí)候是處于空閑而非使用狀態(tài)。 所有這些導(dǎo)致其具有非常出色的耐久性，P/E 周期數(shù)達(dá) 60,000 次。很難將這些數(shù)字與競(jìng)品進(jìn)行比較，因?yàn)樵S多制造商既不說明也不公布這些數(shù)字，而當(dāng)其公布時(shí)，則必須仔細(xì)查看其條件參數(shù)。例如，另一款閃存卡有 50 年的數(shù)據(jù)保留期，但殊不知，其條件是在保留期內(nèi)再也不寫入數(shù)據(jù)到卡中。Delkin Devices 非常明確：S304TLNJM-U1000-3 的 10 年數(shù)據(jù)保留期的條件是 60,000 P/E 周期使用了 10%。 結(jié)語 顯然，并非所有 microSD 卡都一樣，因此應(yīng)精挑細(xì)選，尤其是對(duì)于可能需要運(yùn)行多年而無人看管的嵌入式系統(tǒng)，而且要對(duì)存儲(chǔ)期限執(zhí)行維護(hù)檢查的可能性很小。對(duì)于這些特定應(yīng)用，SLC 存儲(chǔ)器有許多優(yōu)勢(shì)。 這些規(guī)格讓我想起了 The Worker’s Dilemma（工人困境）中的一句很有智慧的話：“沒做或沒說的總是比做過或說過的更重要。” |
