哪一种闪存卡是适合长期使用的工业级闪存卡？

作者：Bill Giovino

每个工程师手头都有各种 microSD 卡。我的卡则随意摆放在桌面上各个方便的位置。每当我的电话、平板电脑或单板机 (SBC) 需要 microSD 时，它就会像蝙蝠侠一样神秘地出现。我的方法一直很管用，直到发生了“2019 年桌面吸尘器大事件”——装有实验性 Linux 发行版的 16 GB microSD 突然消失了。吸尘袋里没有，所以我猜它现在是在隐藏的时空维度，那些不可更换的螺丝和电工胶带就消失于其中。

当然，这导致我把所有的 microSD 卡放到一个地方，作为工程师的我，还得把这些闪存卡归类。最初，我想按存储容量组织这些卡，但当看到这些不经意的收藏时，我决定采用不同的策略。

我不考虑容量，而是考虑哪些 microSD 卡对我有用，哪些卡因数据损坏而失效。我开始研究闪存卡，当看到闪存卡评分时，我发现网上有大量错误信息。当看到我的那些因数据损坏而失效的 microSD 卡常被网上的“公正”评论者评为速度最快、排名最高的闪存卡时，我开始怀疑起来。所以，像任何优秀的工程师一样，我自己做了研究，发现 microSD 闪存卡就像生活一样，没有提到的东西比提到的东西重要得多。

闪存类型基本知识

要了解闪存，我们需要知道存储单元的半导体结构。单阶存储单元 (SLC) 闪存是每个单元一个比特（图 1）。多阶存储单元 (MLC) 闪存指每个单元多个比特，实际上相当于每个单元两个比特。我认为这是一种营销失败，其后果我稍后会谈到。三阶存储单元 (TLC) 是每个单元三个比特，四阶存储单元 (QLC) 是每个单元四个比特。

图 1：闪存类型根据每个单元的比特数进行区分，从 SLC 到 QLC 比特数依次增加，每种类型有各自的含义。（图片来源：Micron Technology）

闪存阵列一个单元内可放入的比特数越多，闪存阵列就越小，存储器件的价格也越便宜。但是，尺寸减小是有代价的。存储比特越小，闪存单元能经受的编程/擦除周期 (P/E) 就越少，因此容易出现故障。当每个单元中放入多个比特并通过缓存闪存控制器寻址时，可以实现非常快的速度，但存储阵列在读写时耗电也越多。这点很重要，因为我意识到，所有 SLC 和真正的 MLC microSD 卡都没有给我带来过任何麻烦。

之所以说“真正的”MLC，是因为从技术角度看，这种每单元两个比特的说法指的就是多个比特。一些声誉较差的闪存产品制造商——授权电子器件分销商不会销售这样的产品——喜欢将其 TLC 和 QLC 产品标榜为 MLC，声称：“嘿，这就是多个比特，不是吗？”

关于 microSD 闪存卡，谈论较少的是其功耗。消费级闪存卡制造商很少发布其器件的功耗。因此，将闪存卡用于重要工作时，务必检查该参数。这需要费一番工夫，但我发现，我的所有发生数据损坏的 microSD 卡的功耗都在较高范围端，其中包括一些速度最快的闪存卡。

在诸如 Raspberry Pi 3 Model A+（图 2）等单板机 (SBC) 中使用闪存卡时，如果电路板将在远程位置无人看管下工作，你可能想要在期望特性列表中强调低功耗，因为可能无法执行定期维护检查以查看闪存卡状况。长期来看，速度最快或密度最高的闪存卡可能不是最可靠的解决方案。

图 2：在为 Raspberry Pi 3 Model A+ 等 SBC 选择 microSD 卡时，应当检查其是否为低功耗产品，因为这关系到可靠性的高低。（图片来源：Raspberry Pi）

一款工业用途的可靠型闪存卡的实例是 Delkin Devices 的 S304TLNJM-U1000-3 4 GB microSD 卡（图 3）。这是一种 SLC 闪存卡，工作温度范围很宽（-40°C 至 +85°C），因此适合于恶劣的工业环境。microSD 卡通常仅规定 3 到 5 年的数据保留期，但这款 4 GB SLC 闪存卡的数据保留期为 10 年，对于 microSD 卡来说非常难得。

图 3：S304TLNJM-U1000-3 是一款 4 GB SLC 工业级 microSD 闪存卡，拥有低功耗特性和 10 年的数据保留期。（图片来源：Delkin Devices）

S304TLNJM-U1000-3 闪存卡的功耗非常低。读取电流消耗额定值小于 50 毫安 (mA)（典型值），比大多数消费级闪存卡的读取电流低得多。写入电流额定值小于 100 mA（典型值），同样显著低于消费级闪存卡。对于可能需要在系统中升级闪存的电池供电型物联网 (IoT) 节点，写入电流很重要。待机电流小于 0.500 mA（典型值），这对于电池供电型 IoT 节点至关重要，因为在某些应用中，microSD 卡更多时候是处于空闲而非使用状态。

所有这些导致其具有非常出色的耐久性，P/E 周期数达 60,000 次。很难将这些数字与竞品进行比较，因为许多制造商既不说明也不公布这些数字，而当其公布时，则必须仔细查看其条件参数。例如，另一款闪存卡有 50 年的数据保留期，但殊不知，其条件是在保留期内再也不写入数据到卡中。Delkin Devices 非常明确：S304TLNJM-U1000-3 的 10 年数据保留期的条件是 60,000 P/E 周期使用了 10%。

结语

显然，并非所有 microSD 卡都一样，因此应精挑细选，尤其是对于可能需要运行多年而无人看管的嵌入式系统，而且要对存储期限执行维护检查的可能性很小。对于这些特定应用，SLC 存储器有许多优势。

这些规格让我想起了 The Worker’s Dilemma（工人困境）中的一句很有智慧的话：“没做或没说的总是比做过或说过的更重要。”