关键任务应用程序依赖于故障保护存储器

Mission-critical applications depend on fail-safe memory

对于不能选择故障的关键任务应用，具有嵌入式功能的故障安全存储器将彻底改变高可靠性和安全系统的设计。

第一个集成内存的微处理器彻底改变了这个行业。对内存的直接内部访问提高了吞吐量和可靠性，同时消除了故障点并降低了系统成本。今天，根据应用的不同，在微处理器中集成多种类型的内存可以增加实际价值。这种趋势现在正在逆转：内存开始集成微处理器，这将再次给电子行业带来革命性的变化，并为需要可靠性、监控、安全性和人工智能的应用带来一定程度的智能。

故障安全操作

任务关键型应用程序，如果不能选择失败，则使用内存存储设备来安全启动系统，记录关键信息，并为关键功能扩展工作内存。这种“故障安全”应用的例子有高级驾驶员辅助系统（ADAS）、便携式医疗设备、工厂自动化、国防级传感器和先进的无线通信系统。这些应用程序中的每一个都包含任务关键的功能或子系统，不能让它们失效。在这些系统中，故障往往会付出高昂的代价，例如系统损坏、昂贵的停机时间和/或人员伤亡。

从内存的角度来看，故障保护操作意味着1）系统可以确信，当一个值存储在内存中时，稍后将检索到相同的值；2）系统将知道某个特定值是否不再可靠，以便采取纠正措施。虽然收缩处理技术提高了内存密度，但也增加了内存损坏的风险，比如宇宙粒子引起的位翻转。因此，内存可靠性正迅速成为所有任务关键型应用的原始设备制造商的标准关注点，尤其是在必须满足安全合规性法规和永不停机标准的行业。

所有的故障保护系统都需要准确地存储引导代码，并从该代码可靠地启动。随着汽车越来越自主，汽车的“思考”部分需要准确的传感器数据来做出决定。数据错误可能导致危险的错误识别。因此，更多的系统内存需要提供高可靠性，以保证故障安全运行。

为了提高内存的可靠性，主处理器将计算一个纠错码（ECC）值并存储该值，以便系统以后可以验证读回的数据是否与存储时相同。ECC还允许系统潜在地纠正错误。然而，ECC值需要计算资源来计算。系统还必须验证ECC值在存储时没有发生位翻转。

高可靠性任务的另一个例子是非易失性存储器（NVM）的损耗均衡。由于NVM单元的持久性有限，频繁写入的系统必须将单元的使用和磨损分散到内存中，以防止内存块过早丢失。实现有效的损耗均衡会给主机处理器带来额外的负担。

故障保护存储器

今天最先进的内存产品已经过优化，以满足任务关键型应用程序的需要，这意味着它们专门设计用于在高负载和恶劣环境下存储、保护和恢复数据。这些增强型存储设备具有集成计算能力，以实现高水平的功能安全性、安全性和可靠性。集成计算支持附加功能，例如，作为信任的根。

与依赖主机处理器来保证内存可靠性不同，故障保护内存设备自己管理这个功能。这使得重要的功能，如即时启动功能，因为可以更快地验证和加载引导代码，如果主机处理器需要执行这样的验证。此外，在故障保护存储器设备中，可以快速可靠地验证配置和其他重要数据的完整性。高级存储设备还可以监视自己的操作，以确保主机和内存设备之间读写的完整性。

当使用带有嵌入式功能的故障保护存储器时，上市时间也大大缩短。为具有安全要求的应用程序设计高可靠性功能需要时间。它还需要广泛的分析，以验证是否符合法规。选择具有这些集成功能的故障保护存储器可以节省时间和金钱。

无需指定更高性能的主机处理器来验证内存可靠性，这也可以节省额外的成本。通过将必要的处理能力集成到内存中，可以降低下一代智能内存的总体拥有成本。

故障保护存储器涵盖所有类型的存储器，从SRAM到非易失性设备，包括NOR Flash、F-RAM和NVRAM。例如，NVRAM可用于数据记录或进行自动车辆的轨迹计算，也需要与存储用于计算的应用程序代码的NVM一样可靠。

存储的未来

虽然智能内存的主要好处是更高的可靠性，但还有一个将变得越来越重要的次要好处：更快的创新步伐。考虑一下安全法规的变化速度有多快，以及安全需要不断应对新的威胁。通过集成的内存加处理器架构，原始设备制造商能够更快地实施新的安全和安保措施，而不是在软件中实现这些措施。此外，当智能内存子系统能够满足规则时，现有的应用程序可以立即适应这些规则。原始设备制造商也可以在不需要重新设计的情况下为产品线引入新的可靠性特性，只需更换内存即可。

故障保护存储器也能承担起保护数据的重任。通过集成密码引擎和嵌入式内存处理器，数据可以以安全的方式存储。考虑到内存占用通常会使处理器所需的门数相形见绌，这些功能和其他高级功能可以在内存中以相对较小的成本实现。

然而，保护数据安全只是一个开始。想象一下，一个内存可以在存储传感器数据之前对其执行计算。故障保护存储器本质上也更可靠，因为它们不依赖于外部处理器。

未来智能内存减轻主机处理负载的方式是无穷无尽的。

在未来，商品存储器将继续在市场上发挥作用，但对于那些不能选择故障的应用，除了存储数据外，具有嵌入式功能的故障安全存储器将彻底改变系统设计的高度可靠性和安全性。

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