汎用コンポーネントを用いた高速モバイルデータ取得

軍事/航空宇宙デジタルデータ記録アプリケーションにおけるインテル組み込みソリューションの可能性を実現する かつて、戦場の優位性は相手よりも多くの兵士を配置することに依存していました。現在では、軍が「C5ISR」と呼ぶものに依存しています。つまり、連合軍の指揮、統制、通信、コンピューター、情報、監視、偵察です。米国陸軍が2011年のC5ISR運用ニーズ声明（ONS）で述べたように、陸軍は「戦闘地域の戦術的端で活動する兵士に、生体認証やフルモーションビデオを含むほぼリアルタイムの情報を伝達できる通信システム」をリアルタイムで構築することを目指しています。 C5ISRは、正確かつ効率的に重要なデータを取得する能力が、兵器の進歩と同じくらい重要になりつつある、増大する分野の1つにすぎません。電子システムにおいて機能性、パフォーマンス、およびミッション期間の延長を実現するには、アプリケーション全体でサイズ、重量、電力（SWaP）を管理および削減する必要があります。 独自のデザインと高価なNANDフラッシュメモリチップを使用することは、より小さく、より軽く、より少ない電力で動作する組み込みストレージソリューションを構築する1つの方法です。しかし現在では、インテルやその他のメーカー製の市販品（COTS）コンポーネントを使用することで同じ作業を行うことができ、システム開発者やインテグレーターは、SWaP基準を満たしながらもはるかに低コストで、高速データ取得およびストレージシステムを設計に組み込むことができます。 この記事では、インテルコンポーネントを使用してこのようなストレージシステムを構築する方法について説明します。他のメーカー製のコンポーネントを使用して、低コストで柔軟な設計を構築する際にも同じ原則が適用されます。 NANDチップの代わりにSSD ほとんどの業界がオフィスやデータセンターの設置にCOTSコンポーネントを使用している一方で、軍事/航空宇宙分野は、その厳しい要件を満たすように設計されたカスタムデバイスに長年依存してきました。特定の場合には依然としてこれが必要ですが、SSD設計の進歩により、信頼性を損なうことなく現場でのデータ取得にこれらを使用できることが多くなっています。 そのようなドライブの1つがIntel SSD 520シリーズで、25 nmプロセスで構築されています。これらの2.5インチSATAドライブは、マルチレベルセル（MLC）NAND フラッシュを使用しており、シングルレベルセル（SLC）SSDよりも同じ数のトランジスタでより多くのデータを保存できるため、1ドライブあたり最大480GBの大容量を実現しています。 これらのドライブがフィールドデータ取得のSWaP規格を満たすのに理想的であるいくつかの要因があります。これらには以下が含まれます。

• 高帯域幅:ドライブには3Gb/sまたは6Gb/sのSATAインターフェースが付属しています。
• フォームファクター:2.5インチドライブは、120GBから240Bの容量ではわずか7mmの厚さ、60GBから480GBでは9.5mmです。
• 軽量:ドライブの重量は78グラム以下です。
• 低消費電力:ドライブは、アクティブ時に850 mW、アイドル時に600 mWを消費します。
• セキュリティ:ドライブにはAES 256ビット暗号化が付属しています。
• 高速読み取り/書き込み速度:持続的なシーケンシャル読み取り550 MB/s、持続的なシーケンシャル書き込み520 MB/s、ランダム4 kB書き込みは最大80,000 IOPS。
• 信頼性:平均故障間隔（MTBF）は1,200,000時間、訂正不能ビットエラー率（UBER）は読み取り10¹⁶ビットあたり1セクター未満。
• 過酷な動作環境:0℃から70℃の温度で動作し、1,500 G/0.5 msまでの衝撃と2.17 GRMS（5-700 Hz）の振動に耐えながら動作します。

これらの種類の動作特性により、NANDチップのボードから標準的なITコンポーネントへの切り替えが可能になり、軍事および航空宇宙顧客のニーズをはるかに低いコストで満たすことができます。 AWACS、船舶ソナー、レーダー車両 – SSDストレージアレイは、空中、地上、海上資産からのデータを取得するための費用対効果の高い方法を提供します。   Intel COTSモバイルストレージシステムの構築 最も費用対効果の高い方法は、標準的なリファレンスデザインを使用することですが、カスタムストレージアレイでさえ、市販のコンポーネントを使用することで低コストで構築できます。Intel SSD 520sを使用したこのようなデザインを見てみましょう。

• 形式:まず考慮すべきはスペースです。航空機、トラック、潜水艦は通常のラック幅のストレージアプライアンスを使用できますが、標準的な奥行きは使用できません。短い18インチの奥行きを持つ1Uラックマウントアプライアンスは、最大16台の7mm厚SSDを搭載でき、合計容量は最大4TBになります。
• 電源:ボックスは、250ワットの高効率冗長AC電源、テレコム設備用の-48VDC、または車両用の12VDCで動作するように構築できます。
• 接続性:ストレージアレイは、車両内の他の機器との接続に必要なものに応じて、デュアルギガビットイーサネット、デュアル10ギガビットイーサネット、FCoE（Fiber Channel over Ethernet）、またはInfiniband接続で構築できます。
• ストレージコントローラ:LSI SAS 2116 16ポート6Gb/sコントローラチップ、Intel i350（GbE）またはX540（10GbE）イーサネットコントローラ、またはIntel Ivy Bridge CPUを搭載したATXマザーボードなど、入手しやすいコンポーネントを使用した組み込みユニファイドストレージコントローラ。
• 冷却:冗長（2+1）クイック・スワップ・ファン。
• データ保護:ハードウェアRAIDレベル0、1、5、6、10; ファイルシステムレプリケーション; スナップショット。

DSC 0415 – 16台の市販Intel SSDを使用して構築された18インチ奥行きのデータ取得・ストレージアレイ。（出典: Premio Inc.）   基本設計の拡張 ブロック図は、これらのパラメータに基づいたそのようなリファレンス設計の簡略化された論理構成を示しています。LSI SAS2116チップは、Linux上で統合ストレージスタックを実行するPowerPCベースのサーバーオンチップです。LSIチップは、16個の7mm高SSDドライブ用のストレージコントローラとして動作し、8チャネルPCIeリンクを介してIntelスイッチに接続されています。PLX Technology 8624スイッチには、NFS、CIFS、およびiSCSIプロトコルをサポートするデュアル10 GbEポートを備えたIntel x540への8x PCIe接続があります。これらのポートは、センサーまたはホストからデータを取得するために使用されます。 このスイッチには、アーカイブ用のストレージアレイへのファイバーチャネル接続、同じデータにアクセスする追加ホストへのFCまたはイーサネット接続、またはその他の関連アプリケーションのためのメザニンスロットに接続するセカンダリ8x PCIeバスがあります。 メザニンカードスロットの用途の一つは、レガシーシステムや、ユニファイドストレージスタック（FC、10GbE上のiSCSI、Infiniband上のiSCSI、SAS）でサポートされている標準プロトコルを使用しない特殊デバイスへの接続です。このような場合、カスタムインターフェースカードをそのスロットに差し込むことで、受信データをストレージ用の標準プロトコルのいずれかに変換できます。 また、リファレンスデザインではLSIチップがソフトウェアスタックを実行することを想定していますが、これは単なる組み込みプロセッサであるため、他のLinuxベースのソフトウェアも実行できます。 このシステムは、LSIチップではなく標準ATXマザーボードを使用することでさらに変更でき、その結果、RAIDアクセラレーションとハードウェア暗号化を実行するCaviumなどのx86または他のプロセッサを使用できます。 これらの設計のどれにおいても重要な要素は、16個の7mm SSDを使用して、小型フォームファクタでストレージ容量を最大化することです。プロセッサ、ネットワーク接続、その他のコンポーネントは必要に応じて交換できます。 AWACS、船舶ソナー、レーダー車両 – SSDストレージアレイは、空中、地上、海上資産からのデータを取得するための費用対効果の高い方法を提供します。   COTS/メリット分析 上記の設計は、車両や過酷な環境での配備に十分な堅牢性を備えた、信頼性が高く、コンパクトで軽量（30ポンド未満）な高速データ記録およびストリーミングシステムを生成します。しかし、現在のNANDフラッシュチップ設計も同じ基準を満たしているので、このようなSSD設計の利点は何でしょうか？

• コスト:世界中の政府が予算の制約に直面しています。米国では、国防総省はすでに今後10年間で4500億ドルの予算削減に合意しており、議会が国の増大する赤字に対処する計画を策定できなければ、さらに5000億ドルの自動削減に直面します。資金供給が逼迫するにつれて、OEMやインテグレーターは運用ニーズを満たしながらコスト削減を求められるでしょう。上記で概説したような、市販品（COTS）コンポーネントと標準化されたアーキテクチャで構築されたストレージシステムは、独自のコンポーネントや設計で構築されたものの約3分の1のコストです。
• 導入速度:市販のコンポーネントを使用することで、設計から導入までの時間を大幅に短縮できます。
• より高い柔軟性:上記のセクションではIntel 520ドライブの使用について説明しましたが、Axiom、Corsair、Crucial、Kingston、Micron、OCZ、Samsung、Western Digitalなど、あらゆる7mmドライブを使用できます。これにより、OEMとその顧客は、必要な正確な速度と容量を備えたストレージソリューションを導入する際に、より高い柔軟性を得ることができます。また、電源またはネットワーク接続を交換するだけで、同じ基本ユニットをさまざまな場所に展開できます。
• 将来性:SSDの登場により、ストレージ容量は増え続け、価格は急落しています。標準的なアーキテクチャを使用することで、顧客はより高速または大容量のSSDが入手可能になったときに、それらを購入して交換することができます。
• フィールドサービス:上記の設計では、SSDはボックス前面でホットスワップ可能です。ファンも現場での迅速な交換のために設計されています。予備部品を手元に置いておき、最低限の訓練を受けたオペレーターが必要に応じて交換できるため、修理のためにユニットを工場に送る必要がありません。

このようなデータ取得および配布システムにより、軍事および航空宇宙産業が重要な無線、ビデオ、生体認証、およびその他の情報を迅速に取得、分析、配布するというニーズをより容易に満たすことができます。2011年のC5ISR ONSが述べているように、このようなシステムの欠如は「陸軍が戦場での作戦に影響を与え、形作る能力を制限する」ものです。 Kevin Wuは1997年にPremioに入社し、現在はエグゼクティブバイスプレジデントとしてPremioの日々の業務全般を統括しています。彼のキャリアにおいて、情報管理、プロジェクト管理、エンジニアリングなど幅広い職務を経験し、製造業界で約25年の経験を積んでいます。Premioに入社する前は、System Manufacturing Centerの情報管理部門のディレクターを務めていました。リーハイ大学で製造システム工学の大学院課程を修了しています。