嵌入式設備正在產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)激增。對于任何在物聯(lián)網(wǎng)領域工作的人來說，這應該不足為奇。可能令人驚訝的是這種激增有多大。

據(jù) IDC 稱，到 2025 年，物聯(lián)網(wǎng)設備將生成超過 73 ZB 的數(shù)據(jù)。

換句話說，隨著物聯(lián)網(wǎng)熱潮的繼續(xù)，這些設備將產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)浪潮，需要引導、處理和存儲。

這個問題不僅限于任何一個行業(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，到 2024 年可能需要 160 億 GB，到 2028 年可能需要 780 億 GB。與此同時，西部數(shù)據(jù)估計，2020 年智能手機用戶每個用戶每天產(chǎn)生的存儲工作負載高達 30GB，高于 2015 年的每天不到 15GB。

在數(shù)據(jù)浪潮沖擊您之前，做好準備是值得的。

規(guī)劃嵌入式存儲

一個簡單的事實是，現(xiàn)代的、永遠在線的、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)的開發(fā)人員和系統(tǒng)架構師需要從產(chǎn)品開發(fā)過程的開始就考慮存儲需求，無論其行業(yè)如何。

這不僅僅是關于數(shù)量——盡管這顯然是一個重要的考慮因素。存儲用戶需要評估性能（讀/寫操作的速度）和可靠性，以減少平均無故障時間 （MTBF）?？煽啃缘囊徊糠峙c耐用性有關，耐用性本質(zhì)上是在設備的生命周期內(nèi)寫入和重寫大量數(shù)據(jù)的能力。用戶在選擇存儲時還必須考慮其設計或產(chǎn)品的特定連接和容量需求。

讓我們從連接開始。在開發(fā)非嵌入式、依賴云的應用程序時，存儲相對容易解決：只需分配更多的 S3 存儲桶即可。要是物聯(lián)網(wǎng)這么簡單就好了。的確，對于長期存儲，來自物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)可以像任何其他位一樣存儲在云中。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。

云存儲取決于設備連接到云的能力，在許多應用程序中，網(wǎng)絡連接不是給定的。地下深處或海上的設備可能會長時間與互聯(lián)網(wǎng)斷開連接，因此無法訪問云存儲。對于依賴嵌入式傳感器的自動駕駛汽車，無線連接的延遲和間歇性可能會帶來不可接受的風險。對于此類設備，板載存儲要快得多，也更可靠。

對于嵌入式設備，耐用性比位于數(shù)據(jù)中心的個人移動設備或系統(tǒng)更大，在數(shù)據(jù)中心，更換很簡單。更換位于離地面 300 米的天線尖端或海上鉆井平臺水下深處的設備中的存儲單元要困難得多。因此，設計人員希望選擇能夠持續(xù)很長時間的存儲，無論是在耐用性（許多讀/寫周期）還是在設備生命周期內(nèi)可能需要的容量方面。

正確測量耐力

存儲設備的耐用性是通過您可以寫入的數(shù)據(jù)量（以 TB 為單位）來衡量的。寫入 TB 數(shù) （TBW） 限制因存儲類型而異，因此您需要根據(jù)預期的實際工作負載估計數(shù)據(jù)寫入要求。

另一個需要考慮的重要項目是寫入放大因子 （WAF）。WAF 是實際寫入 NAND 的數(shù)據(jù)量與系統(tǒng)發(fā)送到 NAND 的數(shù)據(jù)量。如果設備收到大量未填滿內(nèi)存頁的數(shù)據(jù)寫入，則這兩個數(shù)字可能會有所不同。這會導致空存儲空間分布在許多不同的頁面上，只能通過移動數(shù)據(jù)來釋放（類似于對硬盤驅動器進行碎片整理）。移動該數(shù)據(jù)的過程會消耗額外的寫入操作。

這意味著，如果主機向支持汽車應用的存儲設備發(fā)送 50TB 的數(shù)據(jù)，并且設備必須移動大量數(shù)據(jù)以有效地填充內(nèi)存頁，導致 WAF 為 3.0，則到 NAND 的實際 TBW 為 150TB。顯然，這將導致NAND的使用壽命比您預期的WAF為1.0要短得多。在主機端可以做一些事情來解決這個問題，但是如果你計算錯誤，在這種情況下，實際使用壽命只能是這個數(shù)字的1/3，并可能導致系統(tǒng)意外失敗。這只是系統(tǒng)設計人員需要知道汽車將如何訪問存儲設備并考慮產(chǎn)品壽命的另一個原因。

為 IIoT 設計存儲

工業(yè)設備有其獨特的要求，這些要求因具體應用而異。

環(huán)境：設備將在什么環(huán)境中運行？可能影響存儲設備可靠性和性能的環(huán)境條件包括海拔、溫度、濕度和振動。高壓和加速度也可能發(fā)揮作用。確保您使用的存儲的額定值適合在其預期環(huán)境中運行 — 或者針對將來可能遇到的環(huán)境進行未來驗證。

耐力：您可以向設備寫入多少數(shù)據(jù)？如上所述，設備的壽命很重要，但寫入頻率也很重要。新工作負載通常需要能夠長時間支持連續(xù)讀取和寫入操作的存儲。更高的耐用性將減少所需的維護量。

數(shù)據(jù)保留：您需要將數(shù)據(jù)可靠地存儲多長時間？數(shù)據(jù)是在端點、“邊緣”設備附近的現(xiàn)場設備還是在云中進行處理和分析？對于某些工業(yè)應用，您需要將數(shù)據(jù)保留更長時間：例如，在農(nóng)業(yè)或天氣應用中，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。您的存儲解決方案需要能夠根據(jù)應用程序和組織（或行業(yè)）的數(shù)據(jù)保留策略，根據(jù)需要保留數(shù)據(jù)。

遠程監(jiān)控：IIoT設備并不總是很容易訪問。如何監(jiān)控這些設備以確保它們正常運行，或在缺陷實際發(fā)生之前預測缺陷？監(jiān)控和預測性維護已經(jīng)是生產(chǎn)設備的常見考慮因素，對于IIoT設備和支持它們的存儲也很重要。

汽車應用中的存儲

用于乘用車、卡車或其他車輛的嵌入式設備需要足夠堅固，以承受各種環(huán)境，除了灰塵、污垢、振動和加速度。此外，安全問題和法規(guī)可能會施加其獨特的要求。以下是汽車行業(yè)的一些存儲注意事項。

汽車級：在開發(fā)用于汽車的嵌入式設備時，汽車級存儲是必須的。這些器件需要承受更寬的溫度范圍，從-40C到105C。為了滿足汽車行業(yè)的嚴格要求，這些存儲單元將經(jīng)過廣泛的測試，以確保它們不易出現(xiàn)故障。

接口：汽車設備的設計人員擁有廣泛的存儲接口，包括SD、e.MMC、UFS和PCIe。使用哪一個將取決于所使用的 SoC。但性能要求也會影響此選擇。

例如，e.MMC對于不需要超高速讀寫的應用來說是一個不錯的選擇，并且可以幫助避免高性能設計帶來的路由和信號完整性挑戰(zhàn)。UFS 是性能的下一個提升，并且越來越受歡迎。PCIe 即將問世，將成為支持高性能應用程序的不錯選擇。

耐力：最后，在汽車領域，就像在IIoT中一樣，耐用性很重要。車輛生成大量數(shù)據(jù)，這可能導致大量的讀寫操作。確保所用存儲的 TBW 容量適合所構建設備的預期壽命。

元宇宙及其他領域的存儲

您可能不認為嵌入式設備會在元宇宙中發(fā)揮重要作用，但它們確實如此——從用于真正沉浸式虛擬現(xiàn)實 （VR） 體驗的 3D 耳機到更便攜的眼鏡，當用戶在現(xiàn)實世界中四處走動時提供增強現(xiàn)實 （AR） 體驗。此類設備利用嵌入式存儲，這帶來了自己的一系列考慮因素。

功耗：雖然我們在AR和VR設備的開發(fā)中仍處于早期階段，但有一些通用準則。這些設備中的存儲將大量借鑒智能手機等移動設備的需求。功耗至關重要，因為它會影響電池壽命——這是消費者最關心的問題。

重量：在 AR 中，體重可能變得異常顯著。對于眼鏡等可穿戴設備，每一克都很重要。如果您的眼鏡僅重 12 克，那么即使增加一兩克也是一個明顯的差異。存儲設備的外形尺寸和大小會影響其重量，應予以考慮。

無論我們是否都要戴著AR眼鏡四處走動，有一點是明確的：嵌入式計算的行業(yè)和用例的范圍正在繼續(xù)擴大。這意味著數(shù)據(jù)量將繼續(xù)增加，隨之而來的是需要更多的存儲，以及比以往任何時候都更快、更持久、更能抵抗環(huán)境因素的存儲。嵌入式系統(tǒng)設計人員最好不要讓存儲成為事后的想法，并在規(guī)劃下一代物聯(lián)網(wǎng)時從一開始就考慮存儲。

審核編輯：郭婷