存储卡及其在工业应用中的历史

在消费领域中，闪存卡已经存在多年。如今，所有的数码相机和手机都离不开它们。但其重要性远不止于此，因为它们在工业环境中也占有一席之地，并且是无数应用中必不可少的部分。在本文中，Swissbit AG 存储解决方案总经理 Roger Griesemer 将会详细介绍一些存储卡格式的历史，并解释它们在工业应用中的区别。

CompactFlash™卡

在数据备份应用中，使用 NAND 芯片的存储介质因只有有限的写入量而令人望而却步。与硬盘不同，闪存的写入次数是有限的，并且在很大程度上取决于所使用的存储技术。上世纪90 年代， NAND 闪存在变得更加普及且价格更加合理后，人们自然而然地开始寻求用固态 NAND 闪存技术取代对振动敏感的磁盘的方法。但是，由于其使用寿命有限，只能将其定义为可更换，且外形尺寸需要比当时的 2.5 英寸硬盘驱动器 (HDD) 小得多才有意义。90 年代中期，带有 PATA 接口的 CompactFlash 卡(CF卡)诞生了。

容量以 MB 计的 CompactFlash 卡很快被数码相机制造商采用。此后不久，笔记本电脑也装上了 CompactFlash 读卡器，将CF卡变成了一种便携式存储介质。在工业应用中，CompactFlash 展现出了许多优势，最显著是在稳健性和耐恶劣环境方面。CompactFlash 卡多年来一直在稳步发展。如今，它已经更新到了 6.0 版本，性能和容量都还在不断提升。

CFast™ 卡
由于并行接口包含大量信号线， CompactFlash 卡所采用的 PATA 接口（并行数据传输）后来被串行版本 (SATA) 所取代。新产品于 2008 年以 CFast 的名称推出，人们所熟识的外形也没有改变。然而，由于 SD 卡已经在消费市场占据主导地位，因此 CFast 在消费领域的应用相对较少。但对于工业应用而言，情况就有所不同了。在工业应用中，CFast 与其前身 CompactFlash 卡一样得到了广泛使用。跟 SD 卡相比，CFast 具有明显的优势：更高的存储容量；连接器接口有完全的物理保护，防止误触和污染；更好的散热能力；使用了相同的 CFC 插槽和 IPC 外壳；以及性能显著提高。

就像从 PATA 切换到 SATA 一样，CFast 卡也在不断进化，对 PCIe 接口的采用迫在眉睫。PCIe 是存储领域最新的接口标准。PCIe 3.1 支持高达 4 GB/s 的数据速率，而新的 NVMe 协议可以确保非常低的主机驱动程序到控制器固件的延迟。

XQD卡
同样，最先采用 XQD 格式的领域是专业数码相机。事实上，XQD 标准被一些数码相机厂商定义为带有PCIe接口的存储卡。早在 2012 年，第一台带有专有 XQD 卡的相机就已问世。就物理尺寸而言，XQD 卡介于 SD 卡和 CFast 卡之间。然而，与 SD 卡不同的是，其电气接口位于正面，触点带有防误触保护功能。

CFexpress卡
XQD 最初仅支持单 PCIe 通道。但它在 2017 年演变为 CF 协会（CompactFlash Association, CFA）的CFexpress，成为公布的标准。为了满足不同的性能要求，有单 PCIe 通道的超薄型A 型、支持 2 通道的 XQD 兼容型 B 型和尺寸更大的 4 通道 C 型。2 通道 B 型的数据速率可达到约 1.5 GB/s，性能是 CFast 的四倍。因此，可以预见，CFexpress 卡将会与 CFast 卡一样，在工业应用中得到广泛应用。

此外，它与CFast 卡一样具有很多优势：触点保护防误触、保护设备免受环境影响的封闭式外壳以及在恶劣的工业条件下也能安全更换。CFexpress 卡支持热插拔，可以在运行时直接更换，从而减少工厂设备的停机时间。

SD Express 卡
目前，另一种正在争夺可更换存储媒体市场且采用了 PCIe 接口的产品是 SD Express 卡。它采用了 SD 存储卡的尺寸和 SD 卡的接口，同时带有一个额外的 PCIe 接口。这使得它能够在采用了先进的 PCIe 系统的同时向后兼容传统的 SD 卡应用。该标准将得到哪种程度的应用还有待观察。

工业存储卡的区别在哪？

尽管存储卡在消费类产品和工业环境中都得到了广泛使用，但在某些情况下，这两个市场的要求完全不同：例如，热管理在工业应用中极为重要。它通过限制数据速率以确保发热量保持在限制范围内，而不会对系统性能产生太大影响。此外，还应使用支持 -40℃ 至 +85℃ 工业温度范围的 NAND 闪存，并且该闪存还需要支持交叉温度（写入和读取时的温度不同）。

同时，工业级产品的使用寿命通常会比消费级产品高出数倍。供能系统或铁路控制系统中的控制器在现场使用了 20 年的情况并不少见，因此直到如今仍然需要购买可用于更换的存储卡。作为工业级内存产品方面的专家，Swissbit 自 CompactFlash 时代开始就一直为要求严苛的应用提供经过专门优化的卡。Swissbit 是 CFast 卡市场的推动者之一。Swissbit 还提供专为嵌入式市场开发的 CFexpress 卡。Swissbit 不仅活跃于各个世代的初期，也活跃于进入旧型阶段的产品。

作者：Swissbit AG 存储解决方案总经理 Roger Griesemer