Auf dem Weg zu Industrie 4.0 oder Nanoflash-Standard: nanoSSD von Innodisk
Informationstechnologien greifen immer tiefer in unser Leben ein und stellen immer höhere Anforderungen an IT-Produkte. Die Hersteller von IT-Lösungen verbessern die Technologie, reduzieren ständig die Prozesstechnik und verbessern die Leistung der Lösungen.
Die massenhafte Einführung von IT-Systemen und den mobilen Rechnern stellt neue Anforderungen an die Größe und das Gewicht der Komponenten. Die Speichersysteme waren keine Ausnahme. Die gängigste Standard-Speichergröße ist 2,5" SATA.
Der 2,5"-Formfaktor wurde erstmals 1988 von PrairieTek vorgeschlagen und hat sich längst in der Computertechnik etabliert. Die Laufwerke in diesem Formfaktor sind 100 mm lang, 69,85 mm breit und 5 mm bis 19 mm hoch.
Der technische Fortschritt machte 2,5"-SATA-Laufwerken mit mSATA- und M.2-SSD-Speichern Konkurrenz, die die gleichen Terabytes an Informationen in zehnmal kleineren Abmessungen speichern können.
Während die Speichergröße drastisch reduziert und die Anschlussschnittstelle verbessert wurde, war für kompakte integrierte Systeme eine noch radikalere Lösung erforderlich. Man musste spontane Trennungen des Datenträgers vom Datenbus ausschließen, Dutzende von Gigabytes an Daten speichern, die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit eines klassischen Laufwerks haben, aber bei viel geringerer Größe und Gewicht. Die Lösung ist Innodisks neue Baureihe von industrietauglichen integrierten SSDs, die nanoSSD.
Die nanoSSD oder BGA SSD (Ball Grid Array) ist ein oberflächenmontierter integrierter Schaltkreis mit einer Größe von 16 x 20 oder 11.5 x 13 mm und einem Gewicht von 0.5 g. Der Schaltkreis besteht aus Flash-Speicherzellen, Controller und Sekundärlogik.
BGA-Pins sind Lotkugeln, die auf die Kontaktpads auf der Rückseite des Chips aufgebracht werden.
Der Chip wird entsprechend der Markierung des ersten Pins auf der Leiterplatte platziert. Der Chip wird dann mit einer Lötstation oder einer Infrarotquelle erhitzt, so dass die Kügelchen schmelzen.
Aufgrund der Oberflächenspannung wird der Chip durch das geschmolzene Lot genau über der richtigen Stelle aus der Leiterplatte festgehalten.
Die Innodisk nanoSSD ist ein hochintegrierter Flash-Speicher, der als SiP (System-in-Package) konzipiert ist.
Mit der System-in-Package-Technologie werden die elektronischen Komponenten als komplettes Funktionssystem in einem einzigen Gehäuse verpackt. Typischerweise enthält ein derartiges elektronisches Gerät zwei oder mehr verschiedene Kristalle in Kombination mit passiven Elementen, Filtern, Antennen und mechanischen Teilen. Diese Komponenten bilden zusammen ein hochintegriertes Produkt.
Die Innodisk nanoSSD ist ein sehr kleines Gerät mit einer großen Bauteildichte. Weniger Speicherplatz bedeutet mehr Platz für sonstige Systemkomponenten.
Im Vergleich zur klassischen 2,5"-SATA-SSD ist die nanoSSD um 95 % kleiner in der Grundfläche und 100-mal leichter. Dadurch passt der Speicher in praktisch jedes kompakte Gerät.
Folgende Vorteile einer nanoSSD sind zu nennen:
Innodisk nanoSSD-Serie
Innodisk bietet drei nanoSSD-Baureihen mit unterschiedlichen Spezifikationen. Jede Baureihe hat ihre eigenen Merkmale:
| Bezeichnung | SATA 3ME3/3IE3 | SATA 3TE7 | PCIe 3TE7 |
|---|---|---|---|
| Schnittstelle | SATA III | PCI-Express Gen3x2 | |
| Formfaktor | 1620 (16х20 mm) | 1113 (11.5х13 mm) | |
| Flash-Speicher-Typ | MLC/iSLC | 3D TLC | 3D TLC |
| Kapazität | MLC: 16GB-128GB iSLC: 8GB-64GB |
32GB-256GB | 32GB-512GB |
| Serielles Lesen/Schreiben (MB/Sek., max.) | MLC: 410/140 iSLC: 440/260 |
540/260 | 1700/1400 |
| Temperaturbereich, Grad Celsius | 0 +70 oC, -40 +85 oC |
0 +70 oC | 0 +70 oC, -40 +85 oC |
| Stand | Verfügbar | Verfügbar | 32GB-256GB in Q3 2021 512GB GB Prototype in Q3 2021 |
Die Speicher mit der SATA-Schnittstelle sind mit dem Formfaktor von 16 mm x 20 mm und mit verschiedenen Typen von Speicherzellen erhältlich: 3D TLC, MLC, iSLC. So kann eine optimale Lösung in Bezug auf Kosten und Standzeit gefunden werden.
Unterschiedliche Zelltypen haben unterschiedliche Kapazitäten.
Die iSLC ist die kleinste (bis zu 64 GB), aber auch die robusteste Version. Sie sind bis zu 20.000 mal voll überschreibbar.
Die 3D TLC hat die größte Kapazität (bis zu 256 GB), hält aber nicht mehr als 2.000 Tsd. Wiederbeschreibungszyklen aus.
Die MLC-Speicherzellen sind mit bis zu 128 GB und bis zu 5.000 Wiederbeschreibungszyklen die goldene Mitte.
Der Temperaturbereich variiert ebenfalls. Der Standardbereich reicht von 0 bis 70 °C und der erweiterte Bereich von -40 bis +85 °C, wodurch eine größere Vielfalt an Anwendungen abgedeckt wird.
Darüber hinaus bietet nun Innodisk eine neue, superkompakte Nano-Baureihe 3TE7 mit einer Größe von nur 11.5 x 13 mm und PCI-Express-Schnittstelle. In dieser Baureihe werden ausschließlich 3D-TLC-Speicherzellen verwendet.
Beim Temperaturbereich ist zwischen Standard oder Erweitert zu wählen.
Die Speichergröße reicht bis zu 512 GB, mit Lesegeschwindigkeiten von 1.700 Megabyte pro Sekunde und Schreibgeschwindigkeiten von 1.400 Megabyte pro Sekunde.
Hauptmerkmale der Baureihe 3TE7:
- Funktionsfähig über einen erweiterten Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C
- Kompatibel mit NVMe 1.3 Spezifikation
- Unterstützt die 3D-TLC-Speicherzellen mit der maximalen Kapazität
- Kompatibel mit den Verschlüsselungsmechanismen AES-256 und TCG Opal 2.0
- LDPC-Fehlerkorrektur-Codes und ein ETEP-End-to-End-Datenschutzsystem
- Ein Host-Speicherpuffer (HMB) für die maximale Leistung ohne DRAM-Speicher
Eigenschaften von nanoSSDs
Kleinformatig
Die 210 mm3 — kleine nanoSSD nimmt lediglich 1 % des Umfanges eines klassischen 2.5-SATA-Laufwerkes ein, welches 63.000 mm3 groß ist.
Kostensparend
Die Entwicklung einer Standard-SSD umfasst das Design und die Platzierung der Speicherchips, des Controllers und der logischen Elemente auf der Leiterplatte. Dies erfordert mehrere Schritte bei der Auslegung, Montage und Herstellung der einzelnen Teile.
Mit nanoSSD werden die Entwicklungs- und Herstellungskosten um die Hälfte reduziert. Die nanoSSD ist eine vollfunktionale Komplettschaltung, bei der der Controller, die Speicherzellen und die logischen Elemente in einem einzigen BGA-Gehäuse untergebracht sind.
Wie Sie aus der Tabelle ersehen können, müssen Sie, wenn Sie sich für das klassische Produktionsschema eines Controllers plus Flash-Speicher entscheiden, das Design, die Montage und die Herstellung jedes einzelnen SSD-Bestandteils bezahlen. Und mit BGA nanoSSDs erhalten Sie eine SSD in einem einzigen Gehäuse:
| Bezeichnung | Standardlösung (Controller + NAND-Flash-Speicher), Kosten | nanoSSD (BGA SSD für SiP), Kosten | ||
|---|---|---|---|---|
| Materialien, Bauteile, Einheiten, Komponenten des Endprodukts | Controller | Controller-Matrix | ✔ | ✔ |
| Montagekosten | ✔ | — | ||
| Herstellungskosten | ✔ | — | ||
| Kosten für Entwicklung | ✔ | — | ||
| NAND-Flash-Zellen | Flash-Speicher-Matrix | ✔ | ✔ | |
| Montagekosten | ✔ | — | ||
| Herstellungskosten | ✔ | — | ||
| Kosten für Entwicklung | ✔ | — | ||
| BGA SSD | Montagekosten | — | ✔ | |
| Herstellungskosten | — | ✔ | ||
| Kosten für Entwicklung | — | ✔ | ||
Stoss- und vibrationsfest
Alle nanoSSD-Komponenten wurden unter schweren Vibrations- und Stossbelastungen getestet, damit ist die Datenintegrität gesichert und die nanoSSD eignet sich auch für die anspruchsvollsten Anwendungen.
Große Kapazität
Durch die mehrschichtige Speicherstruktur in einem einzigen SiP-Block kann der Speicherumfang bis zu 1 TB bei einem Formfaktor 1620 und bis zu 512 GB bei einem Formfaktor 1113 erreichen.
Großartige Leistung
Die nanoSSDs haben eine hohe serielle Lese-/Schreibleistung und übertreffen herkömmliche USB-2.0- und eMMC-Speicher bei weitem.
Vergleichstabelle serieller Lese-/Schreibgeschwindigkeiten:
| Bezeichnung | Serielles Lesen (MB/s) | Serielles Schreiben (MB/s) |
|---|---|---|
| nanoSSD PCIe 3TE7 | 1700 | 1400 |
| nanoSSD SATA 3TE7 | 540 | 260 |
| UFS 2.0 | 480 | 170 |
| eMMC 5.0 | 260 | 140 |
Die beste Leistungsaufnahme
Im Vergleich zur M.2 SSD 2280 ist die nanoSSD bis zu 24 % sparsamer beim seriellen Schreiben und bis zu 15 % sparsamer beim seriellen Lesen.
| Bezeichnung | M.2 2280 3TE7 | nanoSSD 3TE7 | Energy conservation |
|---|---|---|---|
| Serielles Lesen, Strom (mA) | 385 | 328 | 15% |
| Serielles Schreiben, Strom (mA) | 456 | 347 | 24% |
Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichen Lösungen
Die kompakte Größe, der geringe Stromverbrauch, die hohe Geschwindigkeit und die industriegerechte Zuverlässigkeit von nanoSSD ermöglichen den Einsatz in einer Vielzahl von Lösungen:
- Innen-und Aussenanwendungen
- Fahrzeuge und stationäre Einrichtungen
- Videoüberwachungssysteme, z. B. Montage im Schutzgehäuse einer Kamera
- Produktionssteuerungs- und Überwachungssysteme
- Mobile Roboter und Drohnen
- Eingebettete Systeme
- Handys und Tablets
- IoT-Lösungen
- Als Bootbereich von Serversystemen
- Ideal für alle unbemannten Geräte, die eine zuverlässige, schnelle und kompakte Speicherlösung benötigen
Innodisk hat die besten Eigenschaften einer bekannten SSD und eines BGA-Chips kombiniert. Die hohe Geschwindigkeit, die Zuverlässigkeit und die große Kapazität haben den Anwendungsbereich von SSDs erweitert, während die hochintegrierten BGA-Formfaktoren 1113-X und 1620-X viel Platz auf der Leiterplatte einsparen und die Kosten für die Entwicklung neuer Speicherlösungen senken.
Die nanoSSD ist vor allem für Systemintegratoren und Computerhersteller interessant, auf deren Fertigungslinien Lösungen entworfen und BGA-Chips auf Leiterplatten gelötet werden können.
Die IPC2U und Innodisk steht Ihnen mit hochqualifizierten Beratungen während des gesamten Entwicklungs- und Herstellungszyklus Ihres Endprodukts zur Seite.
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