wersja mobilna
Online: 825 Czwartek, 2017.11.23

Prezentacje

Transcend - pamięci przemysłowe o dużej funkcjonalności

środa, 23 sierpnia 2017 09:13

Przemysłowe pamięci Flash firmy Transcend, czyli karty pamięci i dyski SSD, to produkty, w których nie tylko gwarantowany jest szeroki zakres temperatur pracy konieczny w tych zastosowaniach, ale także zapewniona jest wysoka niezawodność działania, trwałość zapisanych danych, a także duża wytrzymałość struktury półprzewodnikowej na wielokrotne cykle zapisu danych. Pamięci tego producenta mają ponadto kilka dodatkowych technologii zwiększających funkcjonalność, wyróżniających je spośród wielu innych. Opisujemy je w artykule.

Nieodwracalne czyszczenie zawartości

Rys. 1. Złącze do sprzętowego wymazywania danych - hardware purge

Kontroler dysków SATA III SSD Transcenda daje możliwość nieodwracalnego wyczyszczenia danych znajdujących się na nośniku poprzez wymazanie wszystkich bloków danych w pamięci Flash, co w rezultacie prowadzi do przywrócenia dysku do stanu pierwotnego.

W porównaniu do metod programowych czyszczenie sprzętowe uaktywniane jest za pomocą specjalnej linii GPIO w sterowniku i wyprowadzonego na krawędź płytki złącza. Zwarcie pinów (rys. 1) wywołane np. otwarciem obudowy lub osłony uaktywnia funkcję szybkiego wymazywania bez możliwości odkasowania.

Technologia super MLC

Tabela 1. Technologie wykonania komórek pamięci NAND Flash a parametry

W zależności od technologii wykonania komórki, pamięć Flash typu NAND może przechowywać jeden (SLC), dwa (MLC) lub trzy bity danych (TLC). Pamięci SLC zapewniają największą trwałość danych i niezawodność, niemniej są też najdroższe, gdyż dla tej samej pojemności zajmują więcej miejsca w strukturze półprzewodnikowej.

W tabeli 1 pokazano główne różnice między tymi technologiami. Technologia SuperMLC firmy Transcend to rozwiązanie pośrednie, które zapewnia wydajność niemal równoważną pamięciom SLC przy niższych kosztach. Każda komórka MLC zawiera 2 bity danych - 00, 01, 10 lub 11, podczas gdy komórka SLC jest nośnikiem 1 bitu. W SuperMLC stosuje się specjalne kodowanie, które przeprogramowuje dwa bity z komórki MLC w jeden bit wynikowy podobnie jak jest to w SLC.

W ten sposób zapewniony został szybki dostęp do danych, a szybkość zapisu sekwencyjnego jest nawet dwukrotnie większa niż w chipach MLC. Pamięć SuperMLC jest ponadto bardziej niezawodna i odporna na błędy, a także trzykrotnie trwalsza niż MLC. Jej komórki wytrzymują do 30 tys. cykli programowania/kasowania (P/E). Wyniki pomiarów dla kart SD i dysków SSD wykonanych w technologii SuperMLC pokazane zostały w tabeli 2.

Opal Storage Specification

Tabela 2. Wyniki pomiarów trwałości produktów w technologii Super MLC

Trusted Computing Group (TCG) to organizacja, której członkowie pracują wspólnie nad sformułowaniem standardów w zakresie bezpieczeństwa. W ramach prowadzonych prac TCG utworzył podsystem zabezpieczeń Opal (SSC) dla magazynów danych. Wymagania zgodne z tą specyfikacją są następujące:

  • usługi szyfrujące: szyfrowanie danych typu AES odbywa się w urządzeniu i klucz szyfrowania jest też w nim przechowywany,
  • funkcje uwierzytelniania rozruchu: gdy użytkownik włączy urządzenie, następuje identyfikacja użytkownika przed uruchomieniem i jeśli jej wynik będzie prawidłowy, rozpocznie się normalny proces rozruchu, a połączenia z urządzeniami peryferyjnymi zostaną wykonane.
  • uprawnienia specyficzne dla sektora: menedżer urządzeń może utworzyć zakres logicznego adresu blokowego (LBA) i przypisać różne uprawnienia dla każdego takiego obszaru.

W efekcie nośnik danych ma hierarchiczną strukturę dostępu a dane są chronione hasłem. Co więcej, wszystkie funkcje zabezpieczające są realizowane wewnątrz urządzenia, bez udziału systemu operacyjnego, co zapewnia szybszą i bezpieczniejszą pracę.

Szyfrowanie AES

Rys. 2. Super MLC to rozwiązanie firmy Transcend o możliwościach i kosztach lokujących się między SLC a MLC

Gdy bezpieczeństwo danych jest priorytetem, Transcend oferuje sprzętowe szyfrowanie Advanced Encryption Standard (AES) w kilku modelach nośników SSD w formatach 2,5", M2 i mSATA.

AES to kryptograficzny symetryczny szyfr blokowy, który może szyfrować i deszyfrować dane. Algorytmy bazujące na AES do szyfrowania i odszyfrowywania danych w blokach 128 bitów używają kluczy kryptograficznych 128-, 192- lub 256-bitowych.

Dzięki szyfrowaniu sprzętowemu wszystkie dane są kodowane przed zapisaniem ich w pamięci Flash (patrz rys. 2), co oznacza, że po zapisie odszyfrowanie informacji bez oryginalnego klucza jest praktycznie niewykonalne. W tym przypadku wydajność jest również lepsza w porównaniu do rozwiązań programowych, ponieważ szyfrowanie sprzętowe nie wymaga zasobów systemowych.

Ochrona zasilania IPS

Rys. 3. Dysk SSD z podtrzymaniem kondensatorowym zasilania i bez tego mechanizmu

Dla zapewnienia dużej wydajności w dyskach SSD podczas zapisu dane są tymczasowo zapisywane w pamięci cache DRAM. Aby proces ten był realizowany w sposób niezawodny, konieczne jest zapewnienie pewnego zasilania, które umożliwia zakończenie operacji, zwłaszcza podczas wyłączania zasilania i awarii. W prawidłowym procesie wyłączania zasilania, do kontrolera SSD wysyłane jest żądanie wyłączenia zasilania.

Kontroler zapisuje zawartość pamięci podręcznej DRAM w obszarze Flash i wysyła z powrotem do kontrolera potwierdzenie ukończenia operacji. Podczas nieoczekiwanej utraty zasilania (awarii) ta operacja z potwierdzeniem może nie zostać wykonana. Dane przechowywane w SSD nie zostają aktualizowane, co może prowadzić do problemów z niezgodnością danych, uszkodzeniem danych, a nawet całkowitą awarią urządzenia.

Opatentowana przez firmę Transcend funkcja inteligentnego podtrzymania zasilania, Inteligent Power Shield (IPS), minimalizuje ryzyko uszkodzenia danych i zapewnia integralność zapisanych danych. Bazuje na kondensatorach o dużej pojemności podtrzymujących zasilanie na tyle długo, aby proces zapisania zawartości cache zawsze się zakończył powodzeniem. Obwód IPS monitoruje napięcie zasilające i gdy spadnie ono z 5 do 4 V, kontroler SSD przestaje przyjmować nowe polecenia zapisu i rozpoczyna natychmiast zapis danych z cache.

W tym czasie zasilanie podtrzymywane jest kondensatorowo. Gdy napięcie spadnie poniżej 2,3 V, kontroler wchodzi w tryb ochrony przed zapisem i nie można zapisać na nim więcej danych. Czas podtrzymania zasilania wynosi minimum 75 ms, a więc znacznie dłużej niż w dyskach bez IPS (2 ms).

Warto zauważyć, że Transcend wykorzystuje kondensatory tantalowo-poliuretanowe - kondensatory o dużej wytrzymałości i pojemności, które mogą działać stabilnie w trudnych warunkach środowiskowych. Działanie IPS zbadano, wywołując 3000 cykli testowania, podczas których awarie zasilania nie wywołały niespójnych danych.

Podsumowanie

Pamięci przemysłowe Flash firmy Transcend wyróżniają się rozbudowaną funkcjonalnością zapewniającą bezpieczeństwo i ochronę danych w każdych warunkach pracy i w stanach nieustalonych. Rozwiązań takich nie ma w aplikacjach konsumenckich, dlatego odpowiedzialne aplikacje warto tworzyć w oparciu o takie produkty.

Elhurt Sp. z o.o.
www.elhurt.com.pl