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5G市场增长
到2023年，可能有超过40亿个计算机到计算机(M2M )连接增长的APP应用程序。 这包括车辆内的导航系统、物流中的资产跟踪、实时监测患者生命体征的可穿戴医疗组件和工业制造。
预计越来越多的通信基础设施将转向“独立”5G网络； 也就是说，他们不依赖现有的4G/LTE基础设施。 因此，未来的投资可能集中在5G新无线(NR )基础设施上，而不是遗留系统上。
这样，5G的扩展和新功能将得到更广泛的应用。 更高的数据速率、非常低的延迟、改进的同步和更高的可靠性。 工业系统的开发者希望利用这些功能实现创新的新APP应用。
通往5G的入口
为了在工业环境中获得5G的好处，需要在工业物联网和构成5G网络的许多不同的内部设备之间建立接口。 网关必须将5G性能传输到工业物联网上。
在工业环境中，5G网关集成了工厂中许多不同连接设备(包括传感器、执行器和自动化机器)使用的各种协议。 将数据封装为适合通过5G无线接口传输的格式，并对从5G网络接收的数据执行相反的处理。
网关的软件要求
5G网关需要运行大型复杂的软件。 代码库由操作系统、网络层和与旧设备接口所需的协议组成。 这意味着数百万行代码和数十GB的永久存储。 此存储要求只能由NAND闪存满足，本身具有系统级要求。
为了提供这些工业APP应用所需的性能级别，网关必须满足与5G网络本身相同的服务级别规范(SLS )。 这意味着网关必须满足或超过蜂窝网络的能力，同时必须满足互联产业系统的要求。 另外，在恶劣的环境条件下，可能是室外，通常必须在极端的温度下运行。
因此，必须选择或设计系统中的所有组件，以满足可靠性和寿命要求。 这包括机电组件、电源、半导体组件，特别是任务关键代码和数据的非易失性存储。
为实现指定的性能和寿命，使用针对系统任务配置文件优化的闪存控制器的安全可靠的存储是非常重要的。 存储系统的网关必须符合与5G网络本身相同的性能标准。
寿命要求
很多行业的系统更换率都是用几十年来计算的。 由于意外停机可能需要成本，因此当前安装的网关必须持续运行数年，以提供相同的服务质量和可靠性。
半导体制造商使用设计规则、功率分析、模拟和加速寿命试验来量化设备运行和环境因素如何影响。 这样，制造商就可以正确指定特定条件下的寿命。部分设备是为消费者使用而设计和表征的。 预计它们一天只活动几个小时，通常室温下的寿命为5年。 这与指定在更广泛的环境条件下每天24小时、每周7天、至少运行10年的工业程序集大不相同。 工业半导体通常在-40至85的工作温度范围内合格。
散热管理的重要性
温度是必须考虑的重要设计问题之一。 这影响芯片中晶体管的许多工作参数，例如漏电流。 随着环境温度从50增加到100，NMOS晶体管的漏电流通常增加到10倍。 这是重要的，因为功耗也随着漏电流的增加而增加。 因此，有效的地热管理很重要。
高温对机器的寿命也有很大的负面影响。 对于NAND闪存，高温和温度的变化会对单元造成压力，从而增加错误率并缩短整个存储系统的寿命。
闪光灯单元的数据保持能力随着温度的上升而迅速下降。 上升20时，数据保持时间缩短10倍。 另一方面，低温使电池上的特定电荷水平更难正确编程。 原始错误率、编程和擦除周期所需的时间以复杂的方式随温度而变化。
在每个存储单元中存储多位的多电平单元(MLC )闪存设备中，由于需要精确编程和读取的电荷电平更接近，所有这些情况都将恶化。 因此，由于工业系统可靠且寿命长，所以其倾向于依赖于单级单元(SLC )或伪SLC (SLC )存储器。
文/上海蓝盟 IT外包专家
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