Sikker datalagring i medisinsk utstyr

Etterspørselen etter medisinsk behandling rundt om i verden øker, som følge av en aldrende befolkning og en medfølgende økning i forekomsten av kroniske sykdommer. Som svar på økende press på helsetjenester, fokuseres det på forebygging og tidlig diagnose som kan forlenge tiden folk nyter sunne liv, og redusere de totale utgiftene til medisinsk behandling. Dette øker behovet for høyteknologisk medisinsk utstyr, og skaper nye vekstmuligheter i markedssektorer som avansert bildebehandlings-/diagnoseutstyr og smart medisinsk utstyr.

Få, dominerende aktører

Det er et ubestridelig faktum at nøkkelteknologiene i høyverdi-delen av markedene for medisinsk utstyr, for eksempel medisinsk bildebehandlingsutstyr som ultralyd, røntgen, computertomografi (CT) eller Magnetic Resonance Imaging (MRI) skannere, lenge har vært dominert av store internasjonale produsenter basert i Europa og Nord-Amerika, men produsenter basert i Taiwan spiller etterhvert også en viktig rolle.

Taiwan viktig knutepunkt

Tilbudet av datakomponenter for stadig mer høyteknologisk medisinsk utstyr er for eksempel en naturlig forlengelse av Taiwans posisjon som et globalt knutepunkt for det industrielle datamarkedet. Øyas produsenter er kjent for å tilby høykvalitets og kostnadseffektive hovedkort i industriell kvalitet. Som et resultat har mange store internasjonale produsenter av medisinsk utstyr innvevde industrielle hovedkort laget i Taiwan som «hjernen» i deres medisinske utstyr.

Pålitelighet

Medisinsk utstyr skal opprettholde normal drift for å ivareta pasientens helse og sikkerhet. Ingen komponent kan tillates å svikte uten forvarsel, og nedetid i påvente av at utstyret skal bli reparert avbryter medisinsk behandling. Kravet til pålitelighet gjelder like mye for industrielle hovedkort som for enhver annen komponent i et medisinsk utstyr.

Kompakte, énbrikke SSD

Med dette i tankene har produsenter av industrielle datamaskiner alltid fulgt strenge standarder for effektivitet, stabilitet og holdbarhet i valget av komponentene på hovedkortet. En solid-state-stasjon (SSD) samsvarer bedre med disse standardene enn tradisjonelle harddisker, og er derfor det foretrukne valg av lagringskomponent for produsenter av industrielle datamaskiner og medisinsk utstyr.

Av de ulike typene SSD-produkter, oppfyller énbrikke, eller monolittiske, SSDer konfigurasjonskravene til medisinsk utstyr bedre enn SSD-moduler. Dette gjør at FerriSSD monolittiske innvevde lagringsløsninger, produsert av Silicon Motion, er høyt verdsatt av produsenter av medisinsk utstyr.

Lettere og mindre

Hvorfor er en énbrikke SSD godt egnet for medisinske applikasjoner? Hovedårsaken er at NAND Flash-minnet og kontrolleren er pakket i én enkelt brikke, som gir to viktige fordeler: liten størrelse og eliminering av eksterne kontakter, noe som gir et lettere hovedkort i en mer praktisk formfaktor (Figur 2). Medisinsk bildebehandlingsutstyr som ultralyd-, røntgen-, CT- eller MR-skannere inneholder relativt store mekanismer, noe som gir begrenset plass til å romme hovedkortet. Så jo mindre hovedkortet er, jo bedre – et poeng i favør av énbrikke SSD. En annen fordel med å ta i bruk en slik SSD er at verifikasjonskostnadene forbundet med NAND-oppgraderinger kan unngås.

Tette relasjoner

Til fordel for FerriSSD-produktene, bør det også nevnes at Silicon Motion er en global leder innen SSD-kontrollere, og opprettholder nære relasjoner med NAND Flash-brikkeprodusenter. Streng testing verifiserer at kontrollerne er kompatible med hver generasjon NAND Flash. I tillegg var Silicon Motions første produkter innvevde grafikkprosesseringsenheter, og gjennom å levere disse produktene har selskapet bygget dype relasjoner med brukere innen medisinsk utstyrsindustri.

Dette er grunnen til at selskapet forstår de operasjonelle behovene til medisinsk utstyr, og har konfigurert funksjonene til Ferri-serien av produkter, med tillegg av spesielle sikkerhetsmekanismer, for å møte forventningene til brukerne i dette markedet.

Fordeler ved FerriSSD

Silicon Motion har derfor en ledende posisjon i SSD-kontrollermarkedet og et solid forhold til brukere i medisinsk utstyrsindustri. Når det gjelder selve FerriSSD-produktet, har det tre unike fordeler som betyr at det ivaretar behovene til produsenter av medisinsk utstyr bedre enn konkurrerende produkter, og tilbyr mer stabil drift og bedre databeskyttelsesevner. Videre beskriver denne artikkelen disse unike fordelene i sin tur.

Patentert teknologi

For det første kravet til pålitelighet. Da FerriSSD ble introdusert i 2009, loddet de fleste kundene det direkte på hovedkortet: Fordi NAND var veldig dyrt på den tiden, hadde kundene ekstremt strenge krav til påliteligheten til énbrikke SSD-er. I motsetning til moduler, som enkelt byttes ut når en diskret komponent svikter eller er skadet, må hele hovedkortet kasseres hvis en énbrikke SSD på et hovedkort er ødelagt.

Strenge tester

På grunn av dette stiller Silicon Motion svært strenge testbetingelser for FerriSSD, og alle produkter må være 100 % testet. For eksempel må FerriSSD-produkter av industrikvalitet gjennomgå pålitelighetstester over et bredt temperaturområde, fra et lavt temperaturområde på -40 °C og til et maksimum på +85 °C, og SSD-en utsettes for gjentatte termiske sykluser. For kommersielle produkter utføres den termiske syklusen over et smalere område på 0°C til 70°C.

Mindre utsatt enn modulløsninger

Derimot vil SSD-moduler neppe bli testet ved temperaturer så høye som 85°C eller 70°C, fordi tilkoblingsgrensesnittet til modulen ofte påvirkes av høye og også ekstremt lave temperaturer, noe som resulterer i feilfunksjon og testfeil. Silicon Motions BGA-pakkede énbrikke SSD-produktlinje står ikke overfor samme risiko for testfeil. Produksjonslinjetesten for FerriSSD-produkter bruker push-fit sokler, så problemet med kontaktfeil i testpunkter under ekstremt lave eller høye temperaturer kan reduseres kraftig, og testfeil på grunn av termisk ekspansjon og sammentrekning har mindre sannsynlighet for å oppstå.

Få defekter

Som et resultat har FerriSSD en lang historie med å oppnå en lav dPPM-rate (defekte deler per million). Når de er konfigurert i SLC-modus, er produktene som leveres av Silicon Motion ikke bare konkurransedyktige kostnadsmessig, men tilbyr også pålitelighet som nærmer seg den til tradisjonelle SLC Flash IC-er, noe som gjør dem svært attraktive for brukere i det medisinske markedet.

Spesielle teknologier

I tillegg inneholder FerriSSD mange spesielle teknologier som i stor grad øker påliteligheten til produktet, og utvider dets verdi i medisinske applikasjoner. Hvis påliteligheten til SSD-en ikke var høy og feilsøkingsevnen dårlig, kunne det forårsake unormale tilstander som kan forhindre at medisinsk utstyr slås på, eller som kan forstyrre gjenfinningen av lagrede data. Begge hendelsene vil svekke kvaliteten på medisinske tjenester, og kan til og med få katastrofale konsekvenser.

Medisinsk utstyr støttet av følgende unike FerriSSD-teknologier drar nytte av en sterkt redusert risiko for slike uønskede konsekvenser.

(1) NANDXtend Error Code Correction (ECC)

FerriSSD kombinerer den høyytende LDPC Error Code Correction-motoren patentert av Silicon Motion og RAID-funksjonen, som gir flere fordeler. For det første forbedrer det påliteligheten til produktet, og for det andre utvider det program/slett (P/E) syklusen betydelig, og forlenger levetiden til SSD-ens NAND Flash-lagringsmedium. I tillegg kan NANDXtend bidra til å øke datalagringskapasiteten og redusere datafeil forårsaket av bruk under høy temperatur (Figur 3).

(2) IntelligentScan & DataRefresh

Disse to teknologiene er metoder for selvtesting og egenkontroll. Utførelsen av "skrive" og "les"-kommandoer på en NAND-celle er i utgangspunktet en prosess med elektrisk utlading og lading. La oss anta at en ny NAND-celle lagrer 100 elektroner når den skrives til. Over tid vil gjentatte skrive- og slettehendelser gjøre cellen mer flyktig, noe som reduserer cellens kapasitans, slik at antallet elektroner lagret av en skrivekommando kan falle fra 100 til 80, deretter 70, deretter 60 og så videre. Når den lagrede ladningen synker så mye at den faller under en kritisk terskel, vil kontrolleren ikke lenger kunne lese dataene riktig, noe som resulterer i tap eller påvirkning av data.

IntelligentScan-funksjonen er ansvarlig for å sjekke om den lagrede ladningen har sunket under terskelverdien. Hvis den har det, leser den ut databiten og skriver den om via ECC-motoren, og DataRefresh lader cellen for å gjenopprette NAND-cellens spenning til riktig nivå (Figur 4).

(3) E2E (End-to-End) Data Path Protection

Funksjonen til denne teknologien er å verifisere at data er korrekte, eller å unngå å gi feil data til verten.

Når data skrives til SSD-en, går de vanligvis gjennom DRAM og SRAM før de lagres i NAND Flash. Når dataene er lest, kommer de tilbake via samme vei. Ved hvilken som helst av disse forbindelsene kan dataene bli ødelagt, enten av komponenten selv eller av miljøfaktorer som høy temperatur, interferens eller stråling.

Uansett årsak, vil enhver feil i dataene bli oppdaget umiddelbart av E2E Data Path Protection (Figur 5). Dette er fordi et sett med paritetsbiter vil bli generert når dataene skrives: Før dataene leses ut, vil FerriSSD beregne paritetsbitene på nytt. Hvis de to settene med paritetsbiter ikke samsvarer, vil SSD-en umiddelbart starte en gjenopprettingsprosess. Hvis gjenoppretting ikke fungerer, vil den umiddelbart varsle verten om at dataene ikke er til å stole på og er ubrukelige. Denne instruksjonen, den såkalte "Command Abort", forhindrer verten i å bruke korrupte data, og stopper den dermed fra å starte feil handlinger, og disse handlingene påvirker deretter påfølgende operasjoner.

Støtte for flere beskyttelsesmekanismer for å hindre lekkasje av persondata

For medisinske fasiliteter er det viktig å beskytte personvernet til pasientenes personopplysninger. Data som er lagret i en NAND Flash-basert lagringsenhet må oppbevares trygt mot risikoen for tilgang og gjenfinning uten riktig autorisasjon.

Kryptering

Silicon Motions utvikling av Ferri-serien la spesielt vekt på kryptering av brukerdata. For tiden støtter Ferri-seriens produkter TCG Opal 2.0 og AES 256-bits kryptering, standard maskinvareteknologier som er vanlig i bruk i det medisinske markedet.

Fastvarebeskyttelse

I tillegg har veksten av IoT-applikasjoner ført til at mange brukere krever fastvarebeskyttelse. Dette har sitt utgangspunkt i frykten for at når fastvaren (inkludert SSD-driveren) er kontrollert av en hacker, kan de kommandere SSD-en til å utføre unormale handlinger, for eksempel dekryptering. Dette vil gjøre det mulig for hackeren å stjele data, eller å aktivere løsepengeprogramvare for å blokkere SSD-en, lamme utstyret og kreve løsepenger fra brukeren for å låse den opp.

Elektronisk sikring

For å motvirke denne trusselen, bruker Silicon Motion spesielt en eFuse (elektronisk sikring) i produksjonen av FerriSSD-produkter, og legger til en "Digital Signatur"-funksjon til FerriSSD-fastvare og programvare. eFuse gir en beskyttelsesmekanisme som er utilgjengelig for utenforstående. Den har et unikt sett med passord, slik at når hackere åpner fastvaren til FerriSSD, kan de ikke tukle med den eller starte SSD-en uten autorisasjon, siden de ikke kan utføre verifiseringen av den digitale signaturen.

Ekstra sikkerhet

Mange medisinske institusjoner stoler ikke på standard krypteringsteknologi, og mener at den ikke gir tilstrekkelig beskyttelse mot statsstøttede og andre svært dyktige hackere. Brukere i det medisinske markedet kan imidlertid jobbe med Silicon Motion for å lage et tilpasset "Security Handshake". Dette kan for eksempel være sjekkpunkter som bare brukere kjenner til, eller et sett med sikkerhetsbrikker som lagrer passord for å bekrefte en SSD-brukers identitet. Sikkerhetshåndtrykket fungerer på samme måte som et passord eller en frase som ingen utenforstående ville vite, og hindrer hackere i å endre fastvaren til FerriSSD.

Omfattende databeskyttelse i nærvær av stråling eller andre miljøtrusler

En annen konkurransefordel med Silicon Motion er viljen til å tilby tilpasningstjenester. Det vanligste brukstilfellet er for applikasjoner der et tøft miljø, som for høy temperatur eller høye nivåer av elektromagnetisk støy, kan forårsake dataskade eller tap (Figur 6). Silicon Motion kan bidra til å beskytte viktige data effektivt i slike miljøer.

Typiske miljøer hvor det brukes medisinsk utstyr er utsatt for høye nivåer av radioaktivitet eller utstrålt interferens som kan påvirke driften av medisinsk utstyr. Pålitelig drift i slike miljøer krever tilpasning av maskinvare og fastvare for å styrke utstyrets beskyttelse mot fenomener som ESD (Electro Static Discharge), EMI (Electro-Magnetic Interference) og EMS (Electro Magnetic Susceptibility). Forebygging av skade på medisinske instrumenter forårsaket av interferens sikrer kontinuerlig sikkerhet for pasienter.

Alt-på-ett-sted-støtte fra design via masseproduksjon til ettermarkedstjenester

Silicon Motions FerriSSD-produktportefølje gir et bredt utvalg av minnetetthetsalternativer, fra 4 GB til 480 GB. Nye produkter med en kapasitet på 1TB vil bli lansert i fremtiden.

Andre FerriSSD-alternativer inkluderer et utvalg av NAND Flash-konfigurasjoner: SLC, MLC og TLC. FerriSSD-produkter er også tilgjengelige med ulike vertsgrensesnitt: PCIe-, SATA- og PATA-grensesnitt er alle tilgjengelige for å møte behovene til produsenter av medisinsk utstyr.

I tillegg til FerriSSD-produktene, tilbyr Silicon Motion også innvevde lagringsløsninger med et eMMC- eller UFS-grensesnitt: Ferri-eMMC- og Ferri-UFS-produktene utvider utvalget av innvevde lagringsenheter tilgjengelig for produsenter av medisinsk utstyr.

Kundestøtte

Sist, men ikke minst er kundestøtte en annen sterk del av Silicon Motion-tilbudet. Dette er uvanlig i markedet for innvevd databehandling: Produksjonsvolumene for medisinsk utstyr er vanligvis ikke så store som for PC-er eller mobiltelefoner, så NAND Flash-leverandører har en tendens til å prioritere å gi støtte til produsenter av forbrukerprodukter. Men Silicon Motion har tette samarbeid med produsenter av medisinsk utstyr som går tilbake til tiden da de først begynte å levere innvevde grafikkbehandlingsenheter. I løpet av de mange årene siden har Silicon Motion bygget en dyp forståelse av de spesielle og strenge kravene som medisinsk industri må forholde seg til.

Dette er grunnen til at Silicon Motion forplikter seg til å tilby en one-stop kilde for tjenester til det medisinske markedet, fra design, gjennom masseproduksjon til ettermarked, og støtte industrien på ethvert punkt. Selv om kundens krav er så beskjedent som en RMA (returodning), vil selskapet ta det på alvor, og sørge for konstant og stabil drift av kundens medisinske utstyr, til fordel for stadig flere pasienter.

Kilde: Silicon Motion