Игровые картриджи, пожалуй, самые надежные из всех распространенных схем хранения. Если не считать тупой травмы или приложения электрических скачков к краевым разъемам картриджа, случайно повредить игровой картридж сложно. То же самое верно и в отношении данных на них, будь то картридж Atari 2006 конца 1970-х или картридж Nintendo 64 1990-х годов.

Секретным соусом здесь являются ПЗУ с масками (MROM), которые представляют собой микросхемы памяти только для чтения, в которых программное обеспечение буквально превращается в аппаратное запоминающее устройство. Слой маски, уникальный для каждого набора данных, используется при металлизации межсоединений во время изготовления микросхемы. Это означает, что данные, хранящиеся на них, столь же долговечны, как и процессор в самой игровой консоли. Тем не менее, это не та технология, которую мы можем использовать в наших собственных хобби-проектах, и она недоступна для личного длительного хранения данных из-за затрат, связанных с производством того, что по сути является нестандартным чипом.

Несмотря на свою ценность в качестве действительно постоянного хранилища, MROM за последние десятилетия потерял популярность. Вы можете быть удивлены, обнаружив, что многое из того, что в настоящее время используется на потребительском рынке, подвержено искажению данных в течение периода времени от одного года до одного десятилетия в зависимости от условий окружающей среды.

Итак, что нам делать, если нам нужны данные только для чтения, которые должны оставаться доступными для чтения в ближайшие десятилетия?


МНОЖЕСТВО ВКУСОВ ПОЛНОГО ЗАПОМИНАНИЯ

Замаскируйте микросхемы ПЗУ рядом с штампом.
Буква «M» в ПЗУ (памяти) бывает разных типов; MROM находится в категории «одноразово программируемых» вместе с PROM . Некоторые типы могут быть записаны повторно, например, EPROM (где первый требует ультрафиолетового света для стирания содержимого) и EEPROM , где дополнительная буква «E» означает, что его можно стереть с помощью электрического тока. Магнитные накопители являются одними из самых простых для чтения и (пере) записи, поэтому магнитная лента, гибкие диски и жесткие диски были или остаются предпочтительными носителями информации в ряде областей.

Наконец, существуют типы памяти типа «моргнул, и все прошло», такие как SRAM и (S) DRAM, которым требуется постоянный источник питания для сохранения их данных в неприкосновенности.

Выбор типа памяти во многом зависит от требований. Для системной памяти ОЗУ предлагает произвольный доступ к данным с малой задержкой, в то время как для длительного хранения (помимо перезагрузки системы) излюбленным местом назначения является магнитное хранилище, при этом флэш-память NAND (аналог EEPROM) только недавно стала более популярной. Главное преимущество NAND в том, что он быстрее.

Затем есть данные, которые должны выжить в течение всего срока службы системы, такие как BIOS и аналогичные элементы, необходимые для загрузки системы. Здесь EPROM были обычным явлением, пока несколько десятилетий назад EEPROM не остановила его. Срок хранения данных современной EEPROM оценивается примерно в 10 лет, после чего он может начать терять сохраненные данные.

Основной причиной потери данных в EPROM, EEPROM, Flash и аналогичных устройствах хранения на основе MOSFET с плавающим затвором является потеря накопленного заряда в, по сути, крошечных конденсаторах, либо как фактор времени, либо из-за накопленных повреждений при записи. . Это также проясняет, почему такие устройства хранения не идеальны для длительного хранения.

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ ВОЗРОЖДЕНИЕ
SNES-CD
Единственный известный существующий прототип SNES-CD (PlayStation).
Часто спрашивают, почему современные консоли не используют картриджи, если они настолько прочные и обеспечивают практически нулевое время ожидания. Причину этого можно проследить до начала 90-х, когда Nintendo и Sony работали над своим злополучным проектом SNES-CD , Sega разработала надстройку Sega CD , Hudson Soft выпустила надстройку PC Engine CD-ROM , и Sony, конечно же, выпустила свою первую из ряда консолей PlayStation без картриджей . Главное преимущество CD-ROM: примерно 650 МБ на диске по сравнению с десятками МБ на картридж.

Поскольку Full-Motion Video и аналогичные функции стали отличительной чертой консольных войн 1990-х годов, ни появление загрузочных экранов, ни радость переключения между двумя или более дисками, которые часто бывали в играх на основе CD-ROM, не могли отпугивать фанатов или издателей игр. Дублирование CD-ROM было дешевым и простым процессом, с обновлением программного обеспечения на диске во время производственного цикла без чрезмерных затрат.

В этом отношении, возможно, иронично, что Sony PlayStation 5 сейчас делает все возможное, чтобы сократить время загрузки, связанное с использованием оптических носителей (в настоящее время BluRay). За последние несколько поколений консолей подход Sony (и Microsoft) ушел от воспроизведения игры с диска, используя их больше как установочные диски, чем ПК. Таким образом, игры запускаются с внутреннего жесткого диска (намного быстрее).

И PlayStation 5, и последний Cubetastic XBox от Microsoft используют твердотельные накопители на основе NAND Flash вместо механических жестких дисков. Это позволяет им использовать прямой графический процессор для передачи данных через PCIe (NVMe), функцию, которая на ПК называется DirectStorage в номенклатуре DirectX и по сути является своего рода DMA . Возможно, по иронии судьбы, этот шаг к использованию DMA для загрузки игровых ресурсов с твердотельных носителей более или менее возвращает эти консоли обратно к картриджам. Просто с дополнительным временем установки, с диска или путем загрузки программного обеспечения, шаг, который можно пропустить, продав игру на карте с поддержкой NVMe, которую вы вставляете в консоль, когда хотите играть в игру.

ХОРОШИЕ ДАННЫЕ, КОТОРЫЕ У ВАС ЕСТЬ
Ни для кого не вызывает удивления то, что игровой картридж 1979 года все еще работает в оригинальной игровой консоли. В конце концов, мы не ожидаем, что ASIC 1970-х тоже волшебным образом стерли бы себя. Точно так же мы ожидаем, что сможем воспроизводить аудио компакт-диски 1980-х годов и аудиокассеты 1960-х годов, но как насчет записанных компакт-дисков, скажем, 1998 года, или тех фотографий, которые вы сохранили на SD-карте 128 МБ всего несколько лет? позже?

Быстрый ответ - «это зависит», в основном от условий, в которых хранится запоминающее устройство. CD-ROM - это, пожалуй, самая известная здесь вещь, с известным явлением « гниение диска ». Компакт-диски также имеют слой передачи данных на противоположной стороне этикетки, что означает, что царапина на этикетке сделает диск нечитаемым. Это недостаток, который исправлен на DVD, но поскольку оптические диски состоят из склеенных друг с другом слоев, все они подвержены гниению и / или расслоению.


Базовая модель транзистора с плавающим затвором.
Флэш-память NAND и другие типы хранилищ, основанные на хранении электрического заряда (MOSfet с плавающим затвором, FGMOS ), зависят от резистивных структур, окружающих заряженный элемент, для предотвращения утечки электронов. К сожалению, свойство FGMOS состоит в том, что запись (изменение заряда) в клетке повреждает эти структуры. Переход на флэш-память NAND с более высокой плотностью в меньших производственных узлах ASIC означает меньшие структуры, которые легче повредить.

Основное заключение здесь заключается в том, что продолжительность хранения данных устройства FGMOS зависит от его первоначального номинального хранения данных за вычетом количества циклов записи, умноженных на некоторый фактор, зависящий от устройства. Проще говоря, чем больше вы пишете на устройство FGMOS, тем хуже будет его эффективность хранения данных, как также упоминалось в этой статье 2017 года . Это означает, что вышеупомянутая SD-карта на 128 МБ, созданная двадцать лет назад, может быть вполне подходящей, поскольку она будет использовать более старый и надежный технологический узел. Главный вопрос тогда в том, сколько раз записывалась карта, прежде чем она была отложена?

Последним соображением для устройств FGMOS является влияние температуры. В 2015 году люди были шокированы, узнав, что при хранении при температуре 30 ° C флеш-накопители NAND гарантированно сохранят свои данные только около года и около недели при 55 ° C. В Anandtech эта проблема была проанализирована более подробно, хотя это не отменяет того, что оставление SD-карты или SSD в автомобиле, припаркованном на улице или на чердаке летом, вероятно, не поможет с сохранением данных.

НЕТ ПРОСТОГО ОТВЕТА
Какой метод хранения является правильным, по-видимому, в основном зависит от ваших требований и от того, на что опирается экономика в этот момент времени. Для крупномасштабного производства MROM по- прежнему очень удобен, поскольку он позволяет буквально добавлять прошивку продукта вместе с остальной частью пользовательского ASIC, гарантируя при этом, что данные никогда не будут изменены. PROM - это еще один вариант, который требует дополнительного шага программирования (продувка предохранителей или эквивалент), но дает в остальном многие из тех же преимуществ, что и MROM.

Для встроенных приложений обычно используется высокопроизводительная EEPROM (часто называемая Flash) вместе с PROM (так называемые одноразовые программируемые микросхемы). EEPROM обеспечит как минимум десятилетнюю гарантированную производительность, PROM практически бесконечен.


Полный демонтаж картриджа Switch и снимок ПЗУ.
Между тем, Nintendo, очевидно, использует тип флэш-памяти под названием XtraROM от Macronix для своих игровых карт Switch . Этот XtraROM рассчитан на 20 лет работы при температуре 85 ° C, и люди на форуме AtariAge размышляют о его долговечности.

Если связать эти цифры с упомянутой ранее статьей AnandTech о хранении данных NAND Flash, может показаться, что, если повезет, картридж Switch может по-прежнему работать через 30-40 лет, точно так же, как игровые картриджи Atari и NES, с которыми мы работаем сегодня. поскольку они предположительно будут храниться при комнатной температуре или близкой к ней на протяжении большей части своей жизни. Это, конечно, при условии, что Макроникс правильно выполнил свою проекцию.

На Марсе марсоход НАСА Curiosity боролся с флэш-памятью в обоих резервных ядрах компьютера. Первоначально отключение части этой памяти решило проблему, но команда Curiosity занималась удаленным устранением неполадок еще в прошлом году .

ПЛАНИРУЙТЕ НЕОБХОДИМУЮ НАСТОЙЧИВОСТЬ
Суть дела, похоже, в том, что если вы собираетесь отправить что-то в космос, на другую планету или столь же удаленно, вы, вероятно, захотите поместить все необходимое, например, операционную систему и другие файлы ядра в MROM или PROM. По приставкам для видеоигр сказать немного сложнее. Для использования видеоигр прямо сейчас, сегодня подойдет любой способ хранения, но покупка картриджа Switch в 2040 году и обнаружение того, что его данные повреждены, было бы несколько трагично.

Долговременное хранение на SD-картах, как я видел у некоторых людей (например, приклеивание карты microSD с документацией к проекту), может быть приемлемым в течение примерно десяти лет при комнатной температуре, если только вам не повезло. Определенно не рассчитывайте на то, что операционная система на SD-карте, загруженной в жаркую промышленную среду, продержится несколько лет.

В ближайшем будущем PCM (как 3D XPoint ) может предложить преимущества как долговечности записи, такой как на магнитных накопителях, так и сохранения данных. Тем не менее, как однажды сказал один мудрый человек: «Одна копия файла - это не копия». В основном продолжайте делать эти резервные копии, и независимо от того, насколько надежной вы считаете свою систему, всегда добавляйте больше избыточности, чем вы думаете, что вам нужно.