哪種才是適合長期使用的工業用快閃記憶體？

每位工程師手邊都有夠多的 microSD 卡。我的卡散佈於桌面上不同的位置，方便我隨時取用。當我的手機、平板或單板電腦 (SBC) 需要使用 microSD 卡時，就會有一張卡像蝙蝠俠一般神秘地冒出來。我的作法一直都運作良好，直到發生了「2019 年桌面吸塵器重大事件」。當時一張內含 Linux 實驗發行版的 16 GB microSD 卡突然消失了。它不在吸塵器的集塵袋中，所以我猜想它目前在某個隱藏的時空環境中，哪些不可更換的螺絲和幾卷電氣膠帶就消失在其中。

當然，這事件過後我就把所有的 microSD 卡都集中放在一個地方；當然也因為我是工程師，我一定得將快閃記憶卡分門別類。起初，我試著按記憶體容量大小來分類，但是當我看著這一堆隨意收藏的東西，我決定採用不同的策略。

與其考慮容量大小，我反而在意哪些 microSD 卡對我有用，哪些則因為資料毀損而故障。我開始研究這些卡。當我查看快閃記憶卡評級時，我發現網路上有大量的錯誤資訊。當我看到我所擁有的、因資料毀損而受損的那些 microSD 卡，往往在網路上被「公正」評論員評為最快且為最高評等的產品時，我就開始起疑了。所以，就像任何優秀的工程師一樣，我開始研究並發現：microSD 記憶卡就跟人生一樣，沒有提到的東西比起提到的東西重要得多。

快閃記憶體類型的基礎知識

要瞭解快閃記憶體，首先要瞭解記憶體單元的半導體結構。單層式儲存 (SLC) 快閃記憶體是每單元一個位元 (圖 1)。多層式儲存 (MLC) 快閃記憶體則是每單元多個位元，事實上就是每單元兩個位元。我認為這是行銷上的敗筆，會帶來一些不良後果，我之後會再說明。三層式儲存 (TLC) 是每單元三個位元，四層式儲存 (QLC) 快閃是每單元四個位元。

圖 1：快閃記憶體類型是按每單元的位元數進行區分，從 SLC 到 QLC 位元數依次增加，每種類型都有各自的含義。(圖片來源：Micron Technology)

快閃陣列若可將更多位元放入一個單元，快閃陣列就會越小，記憶體裝置也就越便宜。不過，縮減尺寸是要付出代價的。記憶體位元儲存空間越小，快閃單元可承受的編程／抹除循環 (P/E) 就越少，因此更容易故障。當每個單元放入多個位元，並以快取的快閃記憶體控制器對其定址時，可以達到很快的速度，但記憶體陣列在讀取和寫入時也會耗用更多電流。這一點很重要，因為我發現所有的 SLC 和真正的 MLC microSD 卡，從未給我帶來任何麻煩。

我會用「真正的」MLC 這個說法，是因為從技術面來看，這種每單元兩個位元的名稱是指有多個位元。一些信譽較差的快閃記憶體產品製造商，不會透過授權電子產品經銷商銷售其產品，喜歡假借「反正這也是多位元產品」的邏輯，將自己的 TLC 和 QLC 產品標示為 MLC。

關於 microSD 快閃記憶卡，未多加探討的部分是產品的功耗。消費級快閃記憶卡製造商鮮少公佈其裝置功耗，因此若要將快閃記憶卡用於重要的工作，請務必查看這個參數。這需要下一些功夫調查。但我發現，在我的 microSD 卡當中，所有出現資料毀損的卡都屬於功耗較高的，其中也包括某些最快速的卡。

所以，如果你在 Raspberry Pi 3 型號 A+ (圖 2) 之類的單板電腦 (SBC) 上使用記憶卡，而且板件將在無人看顧的遠端地點運作，則可能需要在想要的屬性清單中強調低功耗的特性；定期的維護檢查可能無法檢查快閃記憶卡的行為。若要長期使用，最快或密度最高的卡可能不是最可靠的解決方案。

圖 2：挑選要用於 Raspberry Pi 3 Model A+ 等 SBC 的 microSD 卡時，應查看是否具有低功耗，因為這是達到更高可靠性的相關因素。(圖片來源：Raspberry Pi)

有個工業用途且可靠的快閃記憶卡範例，便是 Delkin Devices 的 S304TLNJM-U1000-3 4 GB microSD 卡 (圖 3)。這款 SLC 快閃記憶卡有 -40°C 至 +85°C 的寬廣工作溫度範圍，因此適合用於嚴酷的工業環境。雖然 microSD 卡普遍會指明資料保存期限為三年，甚至五年，但這款 4 GB SLC 快閃記憶卡能夠保存資料達 10 年之久，就 microSD 卡來說，這是很高的年限了。

圖 3：S304TLNJM-U1000-3 是一款 4 GB SLC 工業級 microSD 快閃記憶卡，具有罕見的超低功耗以及 10 年的長期資料保存能力。(圖片來源：Delkin Devices)

S304TLNJM-U1000-3 卡的功耗罕見地低。讀取的電流消耗量指明為低於 50 mA (典型值)，這比多數消費級卡的讀取電流還要低。寫入電流指明為低於 100 mA (典型值)，這也遠低於消費級卡。對於可能要在系統內升級快閃記憶體，且由電池供電的物聯網 (IoT) 節點來說，寫入電流相當重要。閒置電流低於 0.500 mA (典型值)，這對於電池供電的 IoT 節點極為關鍵，因為在某些應用中，microSD 卡更多的時間是處於閒置模式，而非使用中狀態。

上述所有因素一同促成相當高的耐用性等級，多達 60,000 次 P/E 循環。要將這些數字與競爭廠家的快閃記憶卡進行比較並不容易，因為許多製造商都沒有指明也沒有公開這些數字；若有的話，你就必須仔細閱讀其附帶條件。例如，另一張卡具有 50 年的資料保存期限，聽來很棒，但你會發現，這個年數僅在保存期限內卡不再寫入任何資料時才適用。Delkin Devices 則針對其 S304TLNJM-U1000-3 產品清楚指明並聲明，假如已使用 60,000 P/E 循環數規格值的 10%，資料保存期限是 10 年。

結論

顯然並非所有的 microSD 卡都一樣，因此要小心挑選，特別是用於可能多年都會在無人看顧下運作的嵌入式系統時，因為要對這類記憶卡保存期限進行維護性檢查的可能性相當小。針對這些特定應用，SLC 記憶體有許多優勢。

產品規格讓我想起「The Worker’s Dilemma」(工作者兩難) 中的智慧格言：「你沒有做的或說的，永遠比你實際做的或說的還要重要。」