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    工業儲存商機龐大 兩大技術既敬且合
    [作者 王明德]   2014年06月30日 星期一 瀏覽人次: [18436]

    資料儲存在IT架構中是相當重要的一環,這幾年的技術發展趨勢,主要聚焦容量在容量的擴大與傳輸介面速度的提升,像是硬碟提升到TB等級或SDD的512GB,傳輸介面從幾年前的PATA到現在的SATA、SATA2乃至于SAS,儲存技術會以容量與傳輸介面作為發展主軸,肇因于系統運算速度的加快,提升了使用者的影音需求,高解析的影音檔案不但體積龐大,而且為求流暢,傳輸速度也必須跟上,因此造就出儲存技術偏重于此的發展。


    圖一
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    對工業控制系統而言,主要儲存內容多僅是作業程式,高容量與高傳輸速度的需求并不高,工業儲存主要的訴求是穩定性與客制化,由于工控系統位處于惡劣環境中,常會有高溫、高震、高粉塵等狀況,這些因素對儲存設備來說,都會造成嚴苛挑戰,而工控設備最重視系統穩定,一旦設備無預警故障,將會帶來重大損失,因此目前的工業儲存產品,主要訴求均為寬溫、抗震、低耗電,此外部份廠商也會特別強調客制化設計,針對不同需求,設計特殊介面。


    工業儲存技術可分為兩類,硬碟與快閃記憶體(Flash),其中快閃記憶體又可分為屬于PATA傳輸的記憶卡與SATA介面的SSD,以下就以其各自特性,分析其優劣勢。


    硬碟是目前最成熟也最普及的儲存技術,硬碟為機械式構造,由磁頭、馬達、碟片與控制電路板所組成,原理是透過磁頭接近快速運轉的磁片,讓電磁流來改變極性,讓資料留存到磁片中,透過相反地方式,資料則可被讀取。


    硬碟主要的優勢在于容量大、單位儲存成本低、儲存時間最長(可達100年),由于技術成熟,硬碟也成為工控系統最普及的技術,不過就產品特性來看,硬碟其實并不適合應用于部份工控環境。


    首先是硬碟為機械式運作,其穩定性本來就不足,在高震動環境下,此一缺點將會被放大,另一方面,機械式產品容易造成零組件損耗,造成故障,尤其是馬達,馬達本身就有其使用壽命,而在轉轉時的功耗與噪音均高,這對工業控制系統來說,都是致命傷,而其優勢如大容量、低成本、高儲存時間,在消費性領域或許相當重要,但在工業控制領域,這些并不具有吸引力。


    在大容量方面,工業控制系統的儲存內容,大多為該系統的作業程式,即便部份系統較為復雜,但也不至于用到在主流硬碟的數百GB容量,而硬碟成本計算方式是總成本/容量=儲存單位成本,也就是說其低成本是來自于高容量的的均分,對容量需求不高的工業環境來說,用不到那么多容量,單位成本再低也是形成浪費,而且就算不計較這些,工控系統對成本的敏感性本來就不如消費性產品高,工控系統主要是以整體系統作為計價單位,單一零組件所占的成本比例通常并不高,以硬碟來說,選購320GB或1TB,其價格對動輒百萬的自動化控制系統來說并不明顯,而長儲存時間,即便工控系統汰換速度快,但頂多也才一、二十年,并不會用到100年之久,況且100年是指最佳狀態,事實上硬碟的磁軌相當容易損壞,只要一壞就無法讀取資料,這對工控系統使用者來說,是無法承受之重。


    除了硬碟外,Flass記憶體也是工業儲存的應用載體之一,Flash是半導體架構,利用電流電壓來進行寫入與讀取動作,由于不屬于機械架構,因此抗震性極佳,耗電也低,更不會有噪音問題。


    Flash外觀可分為記憶卡與SSD兩種,記憶卡可分為CF卡與SD卡,CF卡是Flash記憶體中,應用于工業控制領域最大的類別,主要原因在于容量大、穩定性也高,雖然這幾年也陸續有廠商導入體積較小的SD卡,不過應用比例仍不及CF卡。


    SSD是近期興起的儲存技術,兼具了Flash的低耗電、穩定性與硬碟的高傳輸介面,SSD主要架構是利用Flash作為載體,但在介面上則使用了硬碟的SATA或SATA 2介面。Flash的優劣勢與硬碟剛好相反,Flash的耗電低、抗震、無噪音,但是成本高,即便這幾年DRAM的價格大跌,但價格仍高,目前的最佳成本單位為16GB,價格都要在新臺幣2,000元左右,這個價格與2.5吋的320GB硬碟相仿,換算起來差了20倍,如果容量再往上看,2010年臺灣的希旺科技在CeBIT展出512GB的SSD報價為1,000美元,換算成臺幣為32,000元,由此可看見成本壓力。


    雖然工業自動化產品對價格的考量不比消費性產品精細,但20倍的差距仍然過大,成為采購者的疑慮之一,另一個則是SSD屬于新興技術,廠商不愿貿然導入,不過這兩個疑慮都會因時間解決,從廠商投入現況來看,現在幾乎所有Flash廠商都朝SSD發展,市場發展的相當快,再加上DRAM這幾年價格的快速崩跌,這都讓SSD前景大好。


    SSD的快速崛起,讓硬碟廠備受威脅,但這并不代表SSD會取代硬碟所有市場,現在SSD的應用相當多元,各家廠商鎖定的市場也不盡相同,就發展現況來看。 KIOSK、Thin Client、POS、自動提款機、車用電腦等領域,導入速度會較快,至于在制造系統,雖然SSD也占有優勢,不過并非只要是SSD就照單全收,系統整合商在采購前會考量幾個部份,包括溫度、穩定性與控制IC的設計功力。


    溫度方面,由于工控環境的溫差較一般商用環境大,例如在鍋爐旁或部份高緯度地區的工廠,其溫差就可能相差到攝氏100度,在此情況下,SSD的寬溫設計要相當注意,一般的儲存設備可分為運作與儲存兩部份的溫度,也就是在運作時與靜態時,兩者的溫度會有不同要求,現在市面上的工規SSD,其寬溫設計多為攝氏-40~80度,已足以應用在大部分環境,而一般非工規SSD,寬溫則多僅在攝氏-20~60度,看似已經足夠包涵大部分應用,但在更為嚴苛的環境中,還是會有穩定方面的疑慮。


    第二個考量是穩定性,工廠產線直接涉及企業命脈,必須保持穩定的生產狀態,一旦發生飛預期停機,輕則浪費工作時間、人力或者半成品的丟棄,重則延遲出貨,賠上大筆違約金,因此穩定性向來是工廠設備的第一要求,SSD的內部儲存技術采用Flash架構,不像硬碟是機械式架構,穩定性已然足夠,因此??可以注意外殼材質,現在的儲存設備外殼有塑膠與金屬兩種材質,其中金屬外殼雖然價格較高,不過散熱效果佳,雖然SSD本身的運作溫度就不高,不過在穩定考量下,選擇金屬外殼還是一個較為保險的作法。


    即便競爭激烈,但硬碟與SSD在工控領域不會是零和競爭,廠商均認為,這兩個技術最終會各自找到適合領域,例如在安全監控系統,必須長時間儲存??大量影音檔案,這類市場的硬碟都是以TB計算,Flash商品化產品現在才作到512GB,要能應用到此市場,還有相當長的一段時間,至于空間小、耗電要求低的應用,SSD會占盡優勢,在部份領域兩者會攜手合作同時使用,并存于市場。


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