存储卡及其工业应用的历史

可移动存储介质-久经考验并始终保持最新状态

闪存卡在消费市场中主要被称为数码相机的存储器，但其重要性远不止于此。20多年来，Swissbit一直致力于以闪存卡作为可交换系统介质的复杂工业系统市场。

带有NAND芯片的存储介质以其在备份方面的无限持久性而臭名昭著。与HDD不同，可能的写周期数是有限的，并且在很大程度上取决于所使用的存储技术。

当NAND闪存在1990年代变得更加普及且价格诱人时，人们自然地在寻找用固态NAND闪存技术取代对振动敏感的磁性HDD的方法。但是，由于使用寿命有限，仅定义一个可替换的外形尺寸才有意义，该外形尺寸也将比当时可用的2.5英寸HDD小得多。在90年代中期，具有PATA接口的CompactFlash卡诞生了。

CompactFlash卡

内存大小在兆字节范围内的CompactFlash卡已成为数码相机中的存储介质，它们提供了所需的数据速率和图像捕获能力。接下来，CompactFlash阅读器进入了笔记本电脑，因为人们毕竟想在更大的屏幕上查看和编辑图像。但是，在这些应用程序中，CompactFlash卡只是一种附加的便携式存储介质，用作存储OS和其他软件的HDD的扩展。

在工业应用中，例如在生产线的自动化系统，火车控制系统，网络系统或娱乐场游戏机中，情况是不同的。在这里，由于CF卡坚固耐用且对运动不敏感，因此是显而易见的选择-与旋转存储介质不同。小型格式还使工业PC进一步小型化。在接下来的几年中，CompactFlash卡（CFC）继续发展。从1.0版规范到当前的6.0版，性能和可能的容量不断提高，功能范围也在稳步扩大。

CFast卡

除此之外，接口也有所更改。由于信号线的数量以及相关的大型连接器和电缆的数量，用于将数据从HDD传输到主板的并行数据通道已被串行SATA取代。并行技术随后被称为PATA。新的系统控制器已经停止了对PATA的支持，因此也必须将可交换的闪存介质转换为新的接口。保留了既定的外形，更换了接口和连接器，新产品于2008年以CFast的名称推出。

同时，SD卡已经开始占领消费者和照片市场。结果，在该市场领域几乎没有CFast的改编。但是，对于工业应用，CFast的使用方式与CompactFlash卡类似。支持使用它的理由是：与SD存储卡相比，其存储容量更高，对电触点的接触和污染的防护能力更强，散热效果更好，更易于操作的坚固型尺寸，以及IPC的持续使用（工业PC）外壳具有CFC插槽，并且具有更高的性能。

CFast也发生了变化：从最大速度为3Gb / s的版本1到提供6Gbit / s的版本2。可以实现大约520MB / s的峰值性能。这比实际的CFC最大值120MB / s快4倍。

SATA模块

借助SATA，CFast首次在小尺寸产品上变得具有竞争力。尽管使用PATA几乎没有任何替代品可以替代相当大的2.5英寸SSD，但是SATA的到来带来了多种新格式的开发，这要归功于其纤细的接口：SlimSATA Mo-297具有与2.5英寸相同的连接器，但仅一半的尺寸，没有外壳；针对已建立的mini-PCI连接器的mSATA Mo-300；然后是长度为42、60和80mm的M.2模块。这些模块类型中的每一个都有优点和缺点，并且都与CFast竞争。

由于省去了外壳和连接器，因此mSATA和M.2模块的成本效益更高，所需的安装空间很小。热量散发到周围的空气中没有问题。但是，仍然有使用可替换介质的充分理由。mSATA，SlimSATA，2.5英寸和M.2变体适用于设备中的固定安装。由于更换非常耗时，因此必须配置SSD，以使其在整个使用期间都尽可能长久地使用。这需要使用SLC技术具有足够的耐久性，或者需要更大的容量。两者都伴随着更高的成本。

互换性的优势

另一方面，CFast可以相对容易地更换。这是在不利于更换内部存储介质的应用，环境条件或环境中的关键考虑因素。这些卡具有触摸保护功能，不需要任何工具即可更换它们，也不需要ESD防护-甚至在戴上工作手套时也可以更换它们。由于可以热插拔卡，因此系统不可用的时间非常短。这意味着嵌入式系统和工业控制以及网络设备仍然是首选的目标应用程序。另外，与CompactFlash卡一样，娱乐场游戏机中仍存在应用程序，其立法变更意味着更频繁地完全更换软件安装。

更改为PCIe接口

Innovation不绕过CFast卡。正如从PATA更改为SATA一样，即将更改为PCIe也是如此。PCIe是存储产品的新接口标准。PCIe 3.1可以实现高达4GB / s的数据速率，并且新的NVMe协议使主机驱动程序和控制器固件的延迟非常低。因此，现在也是时候让CFast样式的可移动媒体适应新的接口技术了。

XQD卡

令人惊讶的是，第一种方法再次来自专业摄影。使用XQD标准，一些数码相机制造商定义了带有PCIe接口的存储卡。早在2012年，第一批带有专有XQD卡的相机就投放市场。XQD的大小在SD存储卡和CFast卡之间。但是与SD卡相比，触点与前面的卡一样位于正面，因此受到保护，而不是物理触点。

CFexpress卡

XQD最初仅支持单个PCIe通道，于2017年演变为CompactFlash协会的CFexpress，成为已发布的标准。为了满足不同的性能要求，有带有单个PCIe通道（A型）的超薄类型，具有两个通道的XQD兼容的Type B版本以及具有更大的4通道C型版本。使用2通道B型版本，数据速率约为1.5GB / s，相当于CFast性能的4倍。可以预见，CFexpress卡将进入与以前相同的工业应用。除了企业级的特殊解决方案外，与SATA版本相比，竞争性PCIe存储产品的数量也有所减少。只有2.5英寸规格的U.2尺寸和M.2规格的2230、2242和2280长度（22mm宽度，30、42，

对于CFexpress，适用已知参数： 

• 可热插拔，因此停机时间短
• 快速将软件安装和许可证从一个设备更改为一个替换设备
• 触点保护的电气连接触点
• 封闭式外壳，可抵御环境影响
• 即使在恶劣的工业条件下也可以安全更换

由于提高的性能与增加的热量同时发生，因此功耗成为存储卡的重要问题。通常，存储卡的外壳开口位于CPU附近，但通常没有冷却气流。这样，在完全操作期间会发生固有的自热现象，可能会将卡加热到其规格极限。

因此，在工业应用中使用时，重要的是要有一个热管理系统，该系统通过调节数据速率的节流而将热量的产生保持在限制范围内，而又不会对系统的性能造成太大的影响。此外，应使用覆盖-40°C至+ 85°C工业温度范围的NAND闪存，并特别注意交叉温度（用于写入和读取的温度不同），以确保为热量产生足够的热量储备。

SDExpress卡

目前，另一种竞争者正在争夺具有PCIe接口的可交换媒体市场：SDExpress卡。它结合了SD存储卡格式和SD接口以及附加的PCIe接口。这使其与以前的SD卡应用程序向后兼容，同时又可以在PCIe系统中使用。但是，这些卡将尺寸很小的2个接口的热量结合在一起。该标准将在多大程度上建立尚待观察。预计首批带有SDExpress芯片组的主机系统将于2021年投放市场。

Swissbit进入工业存储产品

工业应用的寿命通常超过消费者应用很多倍。能源供应系统或列车控制系统中的控制器在现场呆了20年并不罕见，因此仍然需要有备用存储卡。自从CompactFlash时代开始以来，作为行业专用存储器产品的专家，Swissbit一直在为苛刻的应用提供优化的存储卡。对于CFast，它是在市场上建立卡的驱动力之一，而对于CFexpress，Swissbit还提供了针对嵌入式市场开发的卡。但是，它不仅在各代开始时有效，而且在产品进入传统阶段时也有效。

对遗留系统的长期支持

工业领域非常欢迎在消费者市场上难以理解的东西：旧格式的新产品。最近，Swissbit推出了带有C-500，C-50，C-56的新CompactFlash卡系列，并推出了SLC低容量变体C-350，它可以兼容延续较早的一代，尤其适用于较长的使用寿命。生活应用。

在CFast中，该公司刚刚推出了第四个产品平台，即F-800，F-80和F-86，主要针对工业应用和网络系统。该系列产品具有多种安全功能，扩展的数据维护，低功耗和保护功能，以及在发生电源故障时的数据丢失，可满足关键应用所需的一切。

出于同样的重点，这家在德国柏林制造的瑞士公司目前正在推出G-20 CFexpress卡，该卡既可以使用具有成本效益的3D TLC NAND，也可以用作具有长期稳定3D pSLC的G-26。G-20 CFexpress B型提供2条PCIe通道并具有相应的性能，由于低功耗和优化的温度管理，它可以在-40°C至+ 85°C的工业温度范围内运行。

这些示例表明，针对要求苛刻的应用程序的可移动存储介质专家不仅必须满足在恶劣环境下设计功能强大的产品的要求，而且还必须满足最初导致存储卡进入工业环境的要求。内存模块必须是耐用的，并且一旦耗尽，必须易于更换。

在可移动存储介质的整个发展过程中，Swissbit一直为工业应用提供产品，并继续为旧系统提供长期支持。CompactFlash卡最初用作数码摄影的介质，后来进入了铁路控制系统，网络系统和赌场老虎机。

与CF卡相比，CFast具有更好的存储容量，可以更好地保护电触点免受触摸和污染的危险，散热效率更高，并且外形坚固，易于操作。

Swissbit当前正在推出G-20 CFexpress卡，该卡既可以使用具有成本效益的3D TLC NAND，也可以用作具有长期稳定的3D pSLC的G-26。