Если у вас когда-нибудь ломалась SD-карта, то вы знаете, как обычно решают эту проблему: снова попробовать вставить её в фотоаппарат, сменить кард-ридер, проверить на другом компьютере и, если вообще никто её не обнаруживает, признать карту мёртвой.

Но почему она умерла?

Это уже гораздо более интересный вопрос, потому что смерть SD-карты необязательно означает смерть памяти NAND, и совершенно не подразумевает потерю хранящихся на карте данных.

Монолитные SD-карты особенно любопытны тем, что бóльшая часть их электроники заключена в один сплошной корпус. Нельзя просто взглянуть на плату и сразу же распознать контроллер, чипы NAND, конденсаторы, резисторы и другие элементы, из которых состоит традиционное флэш-устройство.

Недавно нам встретился прекрасный пример этого. Переданная клиентом SD-карта SanDisk Ultra 32GB ничем не распознавалась. Изначально казалось, что потребуется сложное восстановление флэш-памяти, но в результате всё свелось к двум микроскопическим компонентам, спрятанным внутри карты. Я решил, что это будет подходящей возможностью продемонстрировать процесс восстановления.

Пациент

На карте не было видно ни трещин, ни следов нагрева, ни повреждённых контактов: ничего такого, что бы наглядно демонстрировало аппаратную поломку. Клиент просто сообщил, что карта перестала работать и не распознавалась фотоаппаратом и компьютером.

На начальном этапе ремонта крайне важна правильная диагностика. Можно предполагать что угодно, но без знания о том, что же сломалось на самом деле, это будут лишь догадки.

Прежде, чем разбирать карту, нужно понять, почему она умерла.

Первоначальная диагностика

Первым этапом было электрическое испытание, сразу же давшее нам полезную информацию: измерения выявили короткое замыкание между положительным контактом питания и заземлением. Иными словами, входящее в карту питание не поступает туда, куда должно было. Что-то внутри карты подтягивает шину питания вниз, предотвращая инициализацию контроллера, из-за чего SD-карта никак не распознаётся. Проблема в том, что найти короткое замыкание и найти виновный в нём компонент — это две совершенно разные задачи.

Внутри старых SD-карт находился отдельный чип контроллера, один или несколько чипов памяти NAND и вспомогательные компоненты, смонтированные на традиционной печатной плате. Наша же карта была изготовлена в монолитном корпусе. Основная часть цепей встроена в материал карты, поэтому поверхностным изучением найти источник проблемы невозможно.

На этом этапе по-прежнему оставалось множество вариантов потенциальных причин. Возможно, дело было в вышедшем из строя конденсаторе, повреждённой цепи питания, проблеме с контроллером, повреждении внутренней подложки или в чём-то, связанном с самой NAND.

Чтобы не снимать материал корпуса в надежде наткнуться на источник проблемы, мы должны были сузить круг потенциальных причин замыкания.

Настало время тепловизора

Инфракрасное сканирование стало одним из моих любимых инструментов диагностики сбоев электроники, потому что оно позволяет иначе взглянуть на цепи.

Если компонент замкнуло или он потребляет гораздо больший ток, чем должен, то эта энергия должна куда-то деваться, и достаточно часто она выделяется в виде тепла.

Подав на карту питание в контролируемых условиях, мы могли поискать область, которая нагревается сильнее, чем соседние с ней.

И разумеется, мы кое-что нашли.

Небольшая область карты нагревалась намного быстрее, чем другие, достигая примерно 44,5° C, пока остальная часть карты имела почти комнатную температуру.

Мы снова исследовали карту, повернув её по-другому, чтобы убедиться, что это не было простым отражением тепла или каким-то соседним источником тепла.

Та же область, тот же результат.

Это позволило нам гораздо лучше понять местоположение электрической проблемы, но информация всё равно была неполной. Напомню, что основная часть цепей в монолитной SD-карте заключена в корпус, поэтому нагревание области не говорит нам ничего о том, какие электрические соединения в ней проходят.

Просветим карту рентгеном

Здесь всё стало ещё интереснее: рентгеновский снимок позволил нам увидеть внутренние медные слои, дорожки, сквозные отверстия и разводку питания. Если тепловизор показал нам подозрительную область, то рентгенограмма позволила понять, что же конкретно в ней скрывается.

Сравнение снимка с областью, выявленной при инфракрасном сканировании, позволило нам определить, что подозрительные компоненты относятся к важной части цепи питания карты. Кроме того, мы не увидели признаков более масштабных структурных сбоев, которые заставили бы нас выполнять восстановление совершенно иным способом. Итак, у нас накопилась куча диагностической информации, указывающая на одну и ту же область, и это намного лучше, чем гадание вслепую.

Вскрываем проблемную область

Теперь, когда мы знаем, на чём сосредоточить наше внимание, можно приступать к вскрытию цепей в этой конкретной области монолитного корпуса. Здесь нам на помощь приходят прецизионный гравёр и насадки с очень мелкодисперсным карбидом. Под микроскопом можно аккуратно послойно снимать защитный материал, пока мы не получим доступ к компонентам и цепям под ним.

Мы работаем с точностью в доли миллиметра. Если слишком заглубиться, то можно перерезать дорожку или повредить совершенно исправный компонент. Если снять материал только поверхностно, компоненты, которые нам нужно исследовать, останутся скрытыми под ним. Торопиться здесь не стоит.

Именно поэтому мы сначала выполнили инфракрасное сканирование и рентгенографию. Вместо того, чтобы вслепую снимать материал с карты в поисках чего-нибудь подозрительного, мы уже знаем конкретную область и гораздо лучше понимаем, что под ней находится.

Так что же там скрывается?

Сняв достаточное количество материала, можно наконец-то пристальнее изучить то, что скрывается внутри карты.

Теперь мы видим несколько крошечных компонентов, в том числе конденсаторы, связанные с цепью питания карты. Они невероятно мелкие, но всё равно очень важны. Неисправный конденсатор на линии питания может препятствовать инициализации контроллера, из-за чего в целом вполне восстанавливаемая SD-карта покажется безнадёжно поломанной.

Однако мы не будем демонтировать компоненты лишь потому, что они выглядят подозрительно. Инфракрасное сканирование и рентгенография позволили нам обнаружить нужную область, но компоненты всё равно нужно проверять по отдельности.

Мы не можем заменять детали одну за другой, ожидая, пока всё не заработает. Нужно проверить неисправность каждого компонента, потому что очень легко нанести новые повреждения и так уже нестабильному устройству.

Поиск первоисточника проблемы

Дальнейшие электрические испытания позволили сузить поиск до двух микроскопических конденсаторов, виновных в коротком замыкании.

Мы аккуратно извлекли два дефектных конденсатора и повторили электрические замеры. Короткого замыкания больше не было, а значит, можно, наконец, попытаться подключить питание к карте. И здесь всё стало особенно любопытным.

Контроллер инициализировался.

Напомню, что карта изначально была абсолютно мёртвой и не распознавалась. Нам не пришлось извлекать NAND, восстанавливать её содержимое, заниматься починкой разводки выводов или какими-то другими экзотическими операциями с самой памятью. Мы просто диагностировали и устранили электрическую проблему, которая не позволяла карте запускаться.

Теперь можно было приступить к изучению состояния данных.

Эти зелёные блоки — очень хороший признак

Мы подключили отремонтированную карту к системе восстановления PC-3000 Flash и наконец-то смогли добиться успешного чтения из памяти NAND.

Эти зелёные блоки на экране могут не казаться чем-то выдающимся, но при восстановлении данных именно их мы и хотим увидеть. Каждый из блоков означает успешное считывание страниц памяти с карты, которая ещё совсем недавно не подавала никаких признаков жизни.

К тому же это стало хорошей возможностью записать видео.

PC-3000 Flash читает SD-карту SanDisk в реальном времени.

Итак, ремонт электроники выполнил свою задачу: контроллер снова начал общаться с памятью NAND, и мы можем перейти к той части, которая для владельца карты важнее всего: к файлам.

Выжила ли файловая система?

Замечательно, что устройство считывается, но это не означает, что файловая система и файлы находятся в хорошем состоянии.

В этом конкретном случае результат оказался максимально удачным: файловая система FAT32 оказалась доступной, сохранилась исходная структура папок, имена файлов, временные метки и фотографии клиента.

Это особенно важно, ведь есть большая разница между восстановлением кучи файлов RAW и восстановлением исходной файловой системы. Восстановление RAW позволило бы спасти данные, но в процессе мы бы потеряли имена файлов и папок, а также другую информацию файловой системы.

В данном случае без этого можно было обойтись: после устранения аппаратной проблемы нам удалось получить доступ к исходной файловой системе и продолжить восстановление с этого этапа.

Почему всё это важно?

Мне кажется, этот случай стал полезным примером, а не просто очередным интересным ремонтом.

При восстановлении сбойных монолитных флэш-устройств люди склонны переходить сразу к самым сложным объяснениям: карта мертва, а значит, сломался контроллер. Возможно, причина в сбое NAND. Возможно, нам нужна распиновка. Возможно, придётся считывать непосредственно NAND и восстанавливать всё из неё.

Всё это вполне применимые способы восстановления, и во многих случаях они абсолютно необходимы. Но не конкретно в этом.

В нашем случае причиной сбоя была не память NAND и не сбойный контроллер. Карта не могла инициализироваться из-за двух крошечных конденсаторов, скрытых внутри монолитного корпуса; их неисправность стала причиной короткого замыкания.

Если бы мы сразу же без диагностики карты перешли к более инвазивной процедуре восстановления, то начали бы решать не ту проблему.

Тепловизор позволил нам сузить область физического расположения сбоя, рентгенография дала более глубокое понимание цепей внутри монолита, а благодаря электрическому испытанию компонентов мы наконец выявили неисправные конденсаторы. После их демонтажа замыкание исчезло, контроллер смог инициализироваться и доступ к карте восстановился.

В заключение

Какой же вывод можно сделать из всего этого?

Для меня он был простым: не стоит ставить знак равенства между сбойным накопителем и потерянными данными.

Карта памяти, которую не видит фотокамера, компьютер или кард-ридер, явно находится не в лучшем состоянии, но это не даёт практически никакой информации о произошедшей внутри неё поломке. Иногда причина заключается в сбое NAND, иногда в повреждении контроллера, иногда в физической поломке внутренних электрических цепей. Но бывает и так, что всё устройство ломается из-за крошечных компонентов, которые едва различимы без лупы. Именно поэтому важна правильная диагностика.