據(jù)IDC稱，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將產(chǎn)生超過(guò)73澤字節(jié)（ZB）的數(shù)據(jù)。

換句話說(shuō)，隨著物聯(lián)網(wǎng)熱潮的繼續(xù)，這些設(shè)備將產(chǎn)生一波巨大的數(shù)據(jù)浪潮，這些數(shù)據(jù)將需要被引導(dǎo)、處理和存儲(chǔ)。

這個(gè)問(wèn)題不僅限于任何一個(gè)行業(yè)。根據(jù)研究公司Yole Développement的數(shù)據(jù)，汽車制造商在2021年安裝了40億千兆字節(jié)（GB）的基于NAND的存儲(chǔ)，到2024年可能需要160億GB，到2028年可能需要780億GB。與此同時(shí)，西部數(shù)據(jù)估計(jì)，到2020年，智能手機(jī)用戶產(chǎn)生的存儲(chǔ)工作負(fù)載高達(dá)每位用戶每天30GB，高于2015年的每天不到15GB。

規(guī)劃嵌入式存儲(chǔ)

一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)是，現(xiàn)代的、永遠(yuǎn)在線的、完全數(shù)字化的世界依賴于大量的數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師需要從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的一開(kāi)始就考慮存儲(chǔ)需求，無(wú)論其行業(yè)如何。

這不僅僅是關(guān)于數(shù)量 - 盡管這顯然是一個(gè)重要的考慮因素。存儲(chǔ)用戶需要評(píng)估性能（讀/寫(xiě)操作的速度）和可靠性，以減少平均故障間隔時(shí)間 （MTBF）。可靠性的一部分與耐用性有關(guān)，耐用性本質(zhì)上是在設(shè)備生命周期內(nèi)寫(xiě)入和重寫(xiě)大量數(shù)據(jù)的能力。用戶在選擇存儲(chǔ)時(shí)，還必須考慮其設(shè)計(jì)或產(chǎn)品的特定連接性和容量需求。

讓我們從連接性開(kāi)始。在開(kāi)發(fā)非嵌入式、依賴于云的應(yīng)用程序時(shí)，存儲(chǔ)相對(duì)容易解決：只需分配更多 S3 存儲(chǔ)桶即可。要是物聯(lián)網(wǎng)中這么簡(jiǎn)單就好了。的確，對(duì)于長(zhǎng)期存儲(chǔ)，來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)可以像任何其他位一樣存儲(chǔ)在云中。云是物聯(lián)網(wǎng)等式的重要組成部分，但它不是一站式商店。

云存儲(chǔ)取決于設(shè)備連接到云的能力，在許多應(yīng)用程序中，網(wǎng)絡(luò)連接不是給定的。地下深處或遠(yuǎn)在海上的設(shè)備可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間斷開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)，從而無(wú)法訪問(wèn)云存儲(chǔ)。對(duì)于依賴嵌入式傳感器的自動(dòng)駕駛汽車，無(wú)線連接的延遲和間歇性可能會(huì)帶來(lái)不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于此類設(shè)備，板載存儲(chǔ)更快，更可靠。

對(duì)于嵌入式設(shè)備，耐用性比位于數(shù)據(jù)中心的個(gè)人移動(dòng)設(shè)備或系統(tǒng)要大，因?yàn)楦鼡Q非常簡(jiǎn)單。更換位于離地面300米的天線尖端或海上鉆機(jī)深水下的設(shè)備中的存儲(chǔ)單元要困難得多。因此，設(shè)計(jì)人員希望選擇能夠持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，無(wú)論是在耐用性（許多讀/寫(xiě)周期）方面，還是在設(shè)備使用壽命期間可能需要的容量方面。

正確測(cè)量耐久性

存儲(chǔ)設(shè)備的耐用性是通過(guò)您可以寫(xiě)入它的數(shù)據(jù)量（以 TB 為單位）來(lái)衡量的。寫(xiě)入的 TB 數(shù) （TBW） 限制因存儲(chǔ)類型而異，因此需要根據(jù)預(yù)期的實(shí)際工作負(fù)荷估計(jì)數(shù)據(jù)寫(xiě)入要求。

另一個(gè)需要考慮的重要項(xiàng)目是寫(xiě)入放大因子 （WAF）。WAF 是實(shí)際寫(xiě)入 NAND 的數(shù)據(jù)量與系統(tǒng)發(fā)送到 NAND 的數(shù)據(jù)量的對(duì)比。如果設(shè)備接收到大量不會(huì)填滿內(nèi)存頁(yè)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入，則這兩個(gè)數(shù)字可能會(huì)有所不同。這會(huì)導(dǎo)致分散在許多不同頁(yè)面上的存儲(chǔ)空間，只能通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)釋放這些空間（類似于對(duì)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行碎片整理）。移動(dòng)該數(shù)據(jù)的過(guò)程會(huì)占用額外的寫(xiě)入操作。

這意味著，如果主機(jī)向支持汽車應(yīng)用程序的存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)送50TB的數(shù)據(jù)，并且設(shè)備必須移動(dòng)大量數(shù)據(jù)才能有效地填充內(nèi)存頁(yè)，從而產(chǎn)生3.0的WAF，則NAND的實(shí)際TBW為150TB。顯然，這將導(dǎo)致NAND的使用壽命比您期望的WAF為1.0時(shí)短得多。在主機(jī)端可以做一些事情來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是如果你計(jì)算不正確，在這種情況下，實(shí)際使用壽命可能只有1/3，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)意外故障。這只是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要知道汽車將如何訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備并考慮產(chǎn)品壽命的另一個(gè)原因。

針對(duì) IIoT 設(shè)計(jì)存儲(chǔ)

工業(yè)設(shè)備有其獨(dú)特的要求，這些要求將根據(jù)具體應(yīng)用而有所不同。

環(huán)境：設(shè)備將在什么環(huán)境中運(yùn)行？可能影響存儲(chǔ)設(shè)備的可靠性和性能的環(huán)境條件包括海拔高度、溫度、濕度和振動(dòng)。高壓和加速度也可能發(fā)揮作用。確保您使用的存儲(chǔ)在其預(yù)期環(huán)境中的額定值適合運(yùn)行，或者對(duì)于將來(lái)可能遇到的環(huán)境，該存儲(chǔ)經(jīng)得起未來(lái)考驗(yàn)。

耐力：您可以向設(shè)備寫(xiě)入多少數(shù)據(jù)？如上所述，考慮設(shè)備的壽命很重要，但寫(xiě)入頻率也很重要。新的工作負(fù)載通常需要能夠長(zhǎng)時(shí)間支持連續(xù)讀取和寫(xiě)入操作的存儲(chǔ)。更高的耐用性將減少所需的維護(hù)量。

數(shù)據(jù)保留：您需要將數(shù)據(jù)可靠地存儲(chǔ)多長(zhǎng)時(shí)間？數(shù)據(jù)是在端點(diǎn)、在“邊緣”設(shè)備附近的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中還是在云中進(jìn)行處理和分析？對(duì)于某些工業(yè)應(yīng)用，您需要將數(shù)據(jù)保留更長(zhǎng)時(shí)間：例如，在農(nóng)業(yè)或天氣應(yīng)用中，您可能需要將數(shù)據(jù)保留數(shù)月或數(shù)年，以便比較季節(jié)性溫度模式。您的存儲(chǔ)解決方案需要能夠根據(jù)應(yīng)用程序和組織（或行業(yè)）的數(shù)據(jù)保留策略，根據(jù)需要保留數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：IIoT 設(shè)備并不總是很容易訪問(wèn)。您如何監(jiān)控這些設(shè)備以確保它們正常運(yùn)行，或在缺陷實(shí)際發(fā)生之前預(yù)測(cè)缺陷？監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)已經(jīng)是生產(chǎn)設(shè)備的常見(jiàn)考慮因素，它們對(duì)于IIoT設(shè)備和支持它們的存儲(chǔ)也很重要。

汽車應(yīng)用中的存儲(chǔ)

用于乘用車、卡車或其他車輛的嵌入式設(shè)備需要足夠堅(jiān)固，以承受各種環(huán)境，以及灰塵、污垢、振動(dòng)和加速。此外，安全問(wèn)題和法規(guī)可能會(huì)施加自己獨(dú)特的要求。以下是汽車行業(yè)的一些存儲(chǔ)注意事項(xiàng)。

汽車級(jí)：在開(kāi)發(fā)用于汽車的嵌入式設(shè)備時(shí)，汽車級(jí)存儲(chǔ)是必須的。這些設(shè)備需要承受更寬的溫度范圍，從-40C到105C。為了滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求，這些存儲(chǔ)單元將經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試，以確保它們不易發(fā)生故障。

接口：汽車器件的設(shè)計(jì)人員可以使用各種存儲(chǔ)接口，包括標(biāo)清、MMC、UFS 和 PCIe。使用哪一個(gè)將取決于所使用的 SoC。但性能要求也會(huì)影響此選擇。

例如，對(duì)于不需要超高速讀取和寫(xiě)入的應(yīng)用，e.MMC將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，并且可以幫助避免高性能設(shè)計(jì)帶來(lái)的路由和信號(hào)完整性挑戰(zhàn)。UFS是性能的下一步，并且越來(lái)越受歡迎。PCIe 即將出現(xiàn)，將是支持高性能應(yīng)用程序的不錯(cuò)選擇。

耐力：最后，在汽車中，就像在IIoT中一樣，耐用性也很重要。車輛會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這可能導(dǎo)致大量的讀取和寫(xiě)入操作。確保正在使用的存儲(chǔ)的 TBW 容量適合你正在構(gòu)建的設(shè)備的預(yù)期壽命。

元宇宙及其他領(lǐng)域的存儲(chǔ)

您可能不認(rèn)為嵌入式設(shè)備在元宇宙中會(huì)發(fā)揮重要作用，但它們確實(shí)如此 - 從用于真正沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）體驗(yàn)的3D耳機(jī)到更便攜的眼鏡，當(dāng)用戶在現(xiàn)實(shí)世界中走動(dòng)時(shí)提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）體驗(yàn)。這些設(shè)備利用嵌入式存儲(chǔ)，這帶來(lái)了自己的一系列考慮因素。

功耗：雖然我們?nèi)蕴幱贏R和VR設(shè)備開(kāi)發(fā)的早期階段，但有一些一般準(zhǔn)則。這些設(shè)備中的存儲(chǔ)將在很大程度上借鑒智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的要求。功耗至關(guān)重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響電池壽命 - 這是消費(fèi)者的主要關(guān)注點(diǎn)。

重量：在 AR 中，體重可能變得異常顯著。對(duì)于眼鏡等可穿戴設(shè)備，每一克都很重要。如果你的眼鏡只有12克重，即使增加一兩克也是一個(gè)明顯的差異。存儲(chǔ)設(shè)備的外形尺寸和尺寸會(huì)影響其重量，應(yīng)予以考慮。

無(wú)論我們是否都會(huì)戴著AR眼鏡四處走動(dòng)，有一件事是明確的：嵌入式計(jì)算的行業(yè)和用例的范圍正在不斷擴(kuò)大。這意味著數(shù)據(jù)量將繼續(xù)增加，隨之而來(lái)的是對(duì)更多存儲(chǔ)的需求，以及比以往更快、更持久、更能抵抗環(huán)境因素的存儲(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員最好不要讓存儲(chǔ)成為事后的想法，并在規(guī)劃下一代物聯(lián)網(wǎng)時(shí)從一開(kāi)始就考慮存儲(chǔ)。

審核編輯：郭婷