釋放 Intel 嵌入式解決方案在軍事／航空數位資料記錄應用中的潛力
過去，戰場上的優勢取決於投入比敵方更多的兵力。現在，則取決於軍方所謂的「C5ISR」——聯盟指揮、控制、通訊、電腦、情報、監視和偵察。正如美國陸軍在其 2011 年 C5ISR 作戰需求聲明 (ONS) 中指出，他們正在尋求建立一個通訊系統，「該系統允許將近乎即時的情報傳播給在戰鬥區域戰術邊緣作戰的士兵……包括生物識別和即時全動態影像」。
C5ISR 只是其中一個日益增長的領域，其中準確有效地擷取重要資料的能力，正變得與武器裝備的進步一樣重要。為了提高電子系統的功能、效能和延長任務壽命，必須在所有應用中管理和減少尺寸、重量和功率 (SWaP)。
使用專有設計和昂貴的 NAND 快閃記憶體晶片，是建立更小、更輕、功耗更低的嵌入式儲存解決方案的一種方式。但現在，同樣的工作可以使用 Intel 和其他製造商提供的通用商用現成 (COTS) 組件來完成，系統開發商和整合商可以將高速資料擷取和儲存系統整合到他們的設計中，這些設計符合 SWaP 標準，但成本僅為一小部分。
在本文中，我們將討論如何使用 Intel 元件建立這樣的儲存系統。使用其他製造商的元件建立低成本、彈性設計時，也可以遵循相同的原則。
SSD 而非 NAND 晶片
雖然大多數行業將 COTS 元件用於辦公室和資料中心安裝，但軍事／航空領域長期以來一直依賴為滿足其嚴格要求而設計的客製化設備。在某些情況下，這仍然是必要的，但隨著 SSD 設計的進步，這些現在通常可以用於現場資料擷取，而不會影響可靠性。
其中一種此類硬碟是 Intel SSD 520 系列，採用 25 奈米製程製造。這些 2.5 吋 SATA 硬碟使用多層單元 (MLC) NAND
快閃記憶體，與採用單層單元的 SSD 相比，可以使用相同數量的電晶體儲存更多資料，實現高達 480GB 的單個硬碟容量。
有幾個因素使這些硬碟非常適合滿足現場資料擷取的 SWaP 標準。這些因素包括：
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高頻寬：硬碟配備 3Gb/s 或 6Gb/s SATA 介面。
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外形尺寸：2.5 吋硬碟的厚度僅為 7 毫米（容量從 120GB 到 240B），對於 60GB 到 480GB 的容量則為 9.5 毫米。
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重量輕：硬碟重量為 78 克或更輕。
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低功耗：硬碟在活動時消耗 850 mW，閒置時消耗 600 mW。
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安全性：硬碟配備 AES 256 位元加密。
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高讀寫速度：持續循序讀取速度達 550 MB/s；持續循序寫入速度達 520 MB/s；隨機 4 kB 寫入速度達 80,000 IOPS。
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可靠性：平均故障間隔時間 (MTBF) 為 1,200,000 小時，無法更正位元錯誤率 (UBER) 每 1016 位元讀取小於 1 個磁區。
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惡劣操作環境：在 0°C 至 70°C 的溫度範圍內運作，可承受高達 1,500 G/0.5 毫秒的衝擊，以及 2.17 GRMS（5-700 Hz）的振動（運作時）。
憑藉這些類型的作業特性，現在可以從使用 NAND 晶片板切換到標準 IT 元件，以一小部分的成本滿足軍事和航空航太客戶的需求。
空中預警機、艦艇聲納、雷達車 – SSD 儲存陣列提供了一種經濟高效的方式來擷取來自空中、地面和海上資產的資料。
建構 Intel COTS 行動儲存系統
最具成本效益的方法是使用標準參考設計，但即使是客製化儲存陣列也可以使用現成元件以較低的成本建造。讓我們看看其中一個使用 Intel SSD 520s 的設計。
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格式：首要考量是空間。雖然飛機、卡車和潛水艇可以使用具有一般機架寬度的儲存設備，但它們不能採用標準深度。一個深度為 18 英寸的 1U 機架式設備可以容納多達十六個 7 毫米高的 SSD，總容量高達 4TB。
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電源：這些設備可以設計為使用 250 瓦、高效率、冗餘交流電源供電；電信安裝使用 -48VDC，車輛使用 12VDC。
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連線能力：儲存陣列可建置雙 Gigabit 乙太網路、雙 10-Gigabit 乙太網路、乙太網路光纖通道 (FCoE) 或 Inifiniband 連線，具體取決於車輛中其他設備所需的連線方式。
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儲存控制器：採用現成可用元件的嵌入式統一儲存控制器，例如 LSI SAS 2116 16 埠 6Gb/s 控制器晶片、Intel i350 (GbE) 或 X540 (10GbE) 乙太網路控制器，或配備 Intel Ivy Bridge CPU 的 ATX 主機板。
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散熱：冗餘 (2+1) 快速更換風扇。
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資料保護：硬體 RAID 等級 0、1、5、6 和 10；檔案系統複製；快照。
DSC 0415 – 使用 16 個商用 Intel SSD 建構的 18 吋深資料擷取與儲存陣列。(資料來源：Premio Inc.)
在基本設計上建構
方塊圖顯示了根據這些參數，此類參考設計的簡化邏輯組態。LSI SAS2116 晶片是基於 PowerPC 的晶片伺服器，運行基於 Linux 的統一儲存堆疊。LSI 晶片作為十六個 7 毫米高 SSD 硬碟的儲存控制器，並透過八通道 PCIe 鏈路連接到 Intel 交換器。PLX Technology 8624 交換器然後有 8 個 PCIe 連接埠連接到 Intel x540，後者帶有兩個 10 GbE 埠，支援 NFS、CIFS 和 iSCSI 協定。這些埠用於從感測器或主機擷取資料。
該交換器還有第二條 8 倍 PCIe 總線連接到一個夾層插槽，該插槽可用於連接到儲存陣列的光纖通道，用於歸檔；或連接到存取相同資料的額外主機的光纖通道或乙太網路連接；或任何其他相關應用。
夾層卡插槽的一個用途是連接到不使用統一儲存堆疊（FC、透過 10GbE 的 iSCSI、透過 Infiniband 的 iSCSI 和 SAS）支援的標準協定之一的舊系統或專用設備。在這種情況下，可以將客製化介面卡插入該插槽，以將傳入資料轉換為用於儲存的標準協定之一。
此外，儘管參考設計要求 LSI 晶片運行軟體堆疊，但由於它只是一個嵌入式處理器，因此它也可以運行任何其他基於 Linux 的軟體。
該系統可以透過使用標準 ATX 主機板而非 LSI 晶片進一步修改，以便可以使用 x86 或其他處理器，例如 Cavium 生產的具有 RAID 加速和硬體加密功能的處理器。
任何這些設計的關鍵元素是使用十六個 7 毫米 SSD，以在小尺寸中最大化儲存容量。處理器、網路連接和其他組件可以根據需要替換。
空中預警機、艦艇聲納、雷達車 – SSD 儲存陣列提供了一種經濟高效的方式來擷取來自空中、地面和海上資產的資料。
COTS/效益分析
上述設計產生了一個高度可靠、緊湊、輕巧（30 磅以下）、高速的資料記錄和串流系統，堅固耐用，足以部署在車輛和惡劣環境中。但是目前的 NAND 快閃記憶體晶片設計也符合這些相同的標準，那麼這種 SSD 設計有什麼優勢呢？
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成本：世界各國政府都面臨預算限制。在美國，五角大廈已經同意在未來十年內將預算減少 4500 億美元，如果國會未能制定解決國家日益增長的赤字的計畫，還將面臨額外的 5000 億美元自動削減。隨著資金供應收緊，OEM 和整合商將被要求在滿足營運需求的同時削減成本。一個使用商用現成 (COTS) 組件和標準化架構（如上所述）構建的儲存系統，其成本約為使用專有組件和設計構建的儲存系統的三分之一。
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部署速度：使用市售零組件可大幅縮短從設計到部署所需的時間。
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更大的彈性：上一節描述了 Intel 520 硬碟的使用，但任何 7 毫米硬碟都可以使用，包括 Axiom、Corsair、Crucial、Kingston、Micron、OCZ、Samsung、Western Digital 等公司的硬碟。這讓 OEM 及其客戶在部署具有所需確切速度和容量的儲存解決方案時，擁有更大的彈性。而且，只需更換電源或網路連接，相同的基本單元就可以部署在各種不同的位置。
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未來驗證：隨著 SSD 的出現，儲存容量持續增加，而價格則大幅下跌。採用標準架構，客戶可以隨著更高速度或容量的 SSD 上市而購買並更換。
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現場維修：採用上述設計，SSD 可在機箱前端熱插拔。風扇也設計用於現場快速更換。備用組件可隨時備用，由受過最少訓練的操作員根據需要進行更換，而無需將設備送回維修廠進行維修。
這種資料擷取和傳播系統使軍事和航空航太工業更容易滿足快速擷取、分析和傳播關鍵無線電、視訊、生物識別和其他資訊的需求。正如 2011 年 C5ISR ONS 所述，缺乏此類系統「限制了陸軍在戰場上影響和塑造行動的能力。」
吳先生於 1997 年加入 Premio，目前擔任執行副總裁，負責監督和管理 Premio 的所有日常營運。在他的職業生涯中，吳先生擔任過廣泛的職能職責，包括資訊管理、專案管理和工程；累積了近 25 年的製造業經驗。在加入 Premio 之前，吳先生曾擔任 System Manufacturing Center 的資訊管理部門主管。他於里海大學完成製造系統工程研究生學業。
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建構 Intel COTS 行動儲存系統
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COTS/效益分析
上述設計產生了一個高度可靠、緊湊、輕巧（30 磅以下）、高速的資料記錄和串流系統，堅固耐用，足以部署在車輛和惡劣環境中。但是目前的 NAND 快閃記憶體晶片設計也符合這些相同的標準，那麼這種 SSD 設計有什麼優勢呢？