存儲(chǔ)卡及其在工業(yè)應(yīng)用中的歷史

在消費(fèi)領(lǐng)域中，閃存卡已經(jīng)存在多年。如今，所有的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)都離不開(kāi)它們。但其重要性遠(yuǎn)不止于此，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠I(yè)環(huán)境中也占有一席之地，并且是無(wú)數(shù)應(yīng)用中必不可少的部分。在本文中，Swissbit AG 存儲(chǔ)解決方案總經(jīng)理 Roger Griesemer 將會(huì)詳細(xì)介紹一些存儲(chǔ)卡格式的歷史，并解釋它們?cè)诠I(yè)應(yīng)用中的區(qū)別。

CompactFlash™卡

在數(shù)據(jù)備份應(yīng)用中，使用 NAND 芯片的存儲(chǔ)介質(zhì)因只有有限的寫入量而令人望而卻步。與硬盤不同，閃存的寫入次數(shù)是有限的，并且在很大程度上取決于所使用的存儲(chǔ)技術(shù)。上世紀(jì)90 年代， NAND 閃存在變得更加普及且價(jià)格更加合理后，人們自然而然地開(kāi)始尋求用固態(tài) NAND 閃存技術(shù)取代對(duì)振動(dòng)敏感的磁盤的方法。但是，由于其使用壽命有限，只能將其定義為可更換，且外形尺寸需要比當(dāng)時(shí)的 2.5 英寸硬盤驅(qū)動(dòng)器 (HDD) 小得多才有意義。90 年代中期，帶有 PATA 接口的 CompactFlash 卡(CF卡)誕生了。

容量以 MB 計(jì)的 CompactFlash 卡很快被數(shù)碼相機(jī)制造商采用。此后不久，筆記本電腦也裝上了 CompactFlash 讀卡器，將CF卡變成了一種便攜式存儲(chǔ)介質(zhì)。在工業(yè)應(yīng)用中，CompactFlash 展現(xiàn)出了許多優(yōu)勢(shì)，最顯著是在穩(wěn)健性和耐惡劣環(huán)境方面。CompactFlash 卡多年來(lái)一直在穩(wěn)步發(fā)展。如今，它已經(jīng)更新到了 6.0 版本，性能和容量都還在不斷提升。

CFast™ 卡
由于并行接口包含大量信號(hào)線， CompactFlash 卡所采用的 PATA 接口（并行數(shù)據(jù)傳輸）后來(lái)被串行版本 (SATA) 所取代。新產(chǎn)品于 2008 年以 CFast 的名稱推出，人們所熟識(shí)的外形也沒(méi)有改變。然而，由于 SD 卡已經(jīng)在消費(fèi)市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，因此 CFast 在消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少。但對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言，情況就有所不同了。在工業(yè)應(yīng)用中，CFast 與其前身 CompactFlash 卡一樣得到了廣泛使用。跟 SD 卡相比，CFast 具有明顯的優(yōu)勢(shì)：更高的存儲(chǔ)容量；連接器接口有完全的物理保護(hù)，防止誤觸和污染；更好的散熱能力；使用了相同的 CFC 插槽和 IPC 外殼；以及性能顯著提高。

就像從 PATA 切換到 SATA 一樣，CFast 卡也在不斷進(jìn)化，對(duì) PCIe 接口的采用迫在眉睫。PCIe 是存儲(chǔ)領(lǐng)域最新的接口標(biāo)準(zhǔn)。PCIe 3.1 支持高達(dá) 4 GB/s 的數(shù)據(jù)速率，而新的 NVMe 協(xié)議可以確保非常低的主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序到控制器固件的延遲。

XQD卡
同樣，最先采用 XQD 格式的領(lǐng)域是專業(yè)數(shù)碼相機(jī)。事實(shí)上，XQD 標(biāo)準(zhǔn)被一些數(shù)碼相機(jī)廠商定義為帶有PCIe接口的存儲(chǔ)卡。早在 2012 年，第一臺(tái)帶有專有 XQD 卡的相機(jī)就已問(wèn)世。就物理尺寸而言，XQD 卡介于 SD 卡和 CFast 卡之間。然而，與 SD 卡不同的是，其電氣接口位于正面，觸點(diǎn)帶有防誤觸保護(hù)功能。

CFexpress卡
XQD 最初僅支持單 PCIe 通道。但它在 2017 年演變?yōu)?CF 協(xié)會(huì)（CompactFlash Association, CFA）的CFexpress，成為公布的標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足不同的性能要求，有單 PCIe 通道的超薄型A 型、支持 2 通道的 XQD 兼容型 B 型和尺寸更大的 4 通道 C 型。2 通道 B 型的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到約 1.5 GB/s，性能是 CFast 的四倍。因此，可以預(yù)見(jiàn)，CFexpress 卡將會(huì)與 CFast 卡一樣，在工業(yè)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。

此外，它與CFast 卡一樣具有很多優(yōu)勢(shì)：觸點(diǎn)保護(hù)防誤觸、保護(hù)設(shè)備免受環(huán)境影響的封閉式外殼以及在惡劣的工業(yè)條件下也能安全更換。CFexpress 卡支持熱插拔，可以在運(yùn)行時(shí)直接更換，從而減少工廠設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。

SD Express 卡
目前，另一種正在爭(zhēng)奪可更換存儲(chǔ)媒體市場(chǎng)且采用了 PCIe 接口的產(chǎn)品是 SD Express 卡。它采用了 SD 存儲(chǔ)卡的尺寸和 SD 卡的接口，同時(shí)帶有一個(gè)額外的 PCIe 接口。這使得它能夠在采用了先進(jìn)的 PCIe 系統(tǒng)的同時(shí)向后兼容傳統(tǒng)的 SD 卡應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)將得到哪種程度的應(yīng)用還有待觀察。

工業(yè)存儲(chǔ)卡的區(qū)別在哪？

盡管存儲(chǔ)卡在消費(fèi)類產(chǎn)品和工業(yè)環(huán)境中都得到了廣泛使用，但在某些情況下，這兩個(gè)市場(chǎng)的要求完全不同：例如，熱管理在工業(yè)應(yīng)用中極為重要。它通過(guò)限制數(shù)據(jù)速率以確保發(fā)熱量保持在限制范圍內(nèi)，而不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生太大影響。此外，還應(yīng)使用支持 -40℃ 至 +85℃ 工業(yè)溫度范圍的 NAND 閃存，并且該閃存還需要支持交叉溫度（寫入和讀取時(shí)的溫度不同）。

同時(shí)，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的使用壽命通常會(huì)比消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品高出數(shù)倍。供能系統(tǒng)或鐵路控制系統(tǒng)中的控制器在現(xiàn)場(chǎng)使用了 20 年的情況并不少見(jiàn)，因此直到如今仍然需要購(gòu)買可用于更換的存儲(chǔ)卡。作為工業(yè)級(jí)內(nèi)存產(chǎn)品方面的專家，Swissbit 自 CompactFlash 時(shí)代開(kāi)始就一直為要求嚴(yán)苛的應(yīng)用提供經(jīng)過(guò)專門優(yōu)化的卡。Swissbit 是 CFast 卡市場(chǎng)的推動(dòng)者之一。Swissbit 還提供專為嵌入式市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的 CFexpress 卡。Swissbit 不僅活躍于各個(gè)世代的初期，也活躍于進(jìn)入舊型階段的產(chǎn)品。

作者：Swissbit AG 存儲(chǔ)解決方案總經(jīng)理 Roger Griesemer