目前,美光除了供应汽车ADAS、仪表盘、信息娱乐系统须要的DDR3/4和LPDDR3/4外,还增加了eMMC 5.0量产,供应8GB~128GB容量以应对大容量存储的需求,以及高端需求的SSD。在推广新一代3D NAND之际,东芝操持将3D NAND导入汽车领域。东芝认为车载存储的容量将进一步扩大。这是采取3D NAND的主要契机。富士通则操持将FRAM铁电随机存储器推向汽车领域。富士通认为车载电子掌握系统对付存取各种传感器资料的需求持续增加,因此对付高效能非易失落性内存技能的需求也越来越高。
目前针对车载存储的主流厂商及产品线先容
在第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018家当和技能展望研讨会上,富士通电子元器件产品管理部总监冯逸新对《国际电子商情》先容了其FRAM铁电存储器,具有像E2PROM一样的非易失落性的上风,在没有电源的情形下可以保存数据。
FRAM是车载存储最佳选择?
据理解,自从1999年开始,富士通推FRAM产品已经连续推了18年,该当说已经有不少客户采取并认可了FRAM产品。到2017年10月,富士通FRAM做到了3500Mpcs的产量。
至于富士通为什么这么急迫的推FRAM也可以理解,富士通掌握着FRAM的全体生产程序;在日本的芯片开拓和量产及组装程序。
“可以说FRAM车规级是知足汽车电子可靠性和无延迟哀求的最佳存储器选择。”冯逸新这么对《国际电子商情》表示。
为什么这么说?这就要从FRAM的产品特性开始提及。FRAM的学术名字叫做FERAM,利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储,其的特点是速率快,能够像RAM一样操作,读写功耗极低,不存在如EEPROM的最大写入次数的问题;但受铁电晶体特性制约,FRAM仍有最大访问(读)次数的限定。
FRAM在耐久性、读写速率、功耗等各方面吊打EEFROM和FLASH,无奈致命伤是太贵
FRAM性能比EEPROM好的地方在于三点:1.寿命,读写的次数比较多, EEPROM和flash都达不到EEFROM的读写次数;2.功耗,同样写入64byte的数据,FRAM的功耗仅仅是EEPROM的1/100,这样功耗越低,电池的利用寿命就越长;3.读写速率,FRAM的写入速率可以达到纳米秒,写入一个数据的韶光仅仅是EEPROM的1/3000。这么快的读写速率带来的另一个意想不到的好处便是瞬间断电的时候,FRAM的数据已经写入,而EEPROM肯定数据丢失。
看到这里,大家是不是很激动了呢?跟FRAM比EEFROM切实其实便是战五渣啊!
可是为什么用FRAM的客户还是少数呢?这就要谈到价格问题了。并不是技能好的产品就会盛行,消费者更看重性价比。FRAM的Logic部分比重太大,本钱难以降落是一个难点。此外,比较EEPROM,FRAM的存储容量实在是有一点捉急(4Kbit~16Mbit)。在工艺上,FRAM也很难打破100nm,因此大数据的存储还是更适宜留给FLASH或者EEFROM,毕竟两者分工不同。
那么什么样的运用更适宜FRAM而非EEFROM呢?冯逸新认为,如果对存储容量没有太高哀求,而又须要频繁的记录主要数据,又不肯望数据在断电中无法保护,这种运用比较适宜FRAM。比如汽车中用到的黑匣子,紧张记录刹车信息以及事件前几秒的情形。“在日本、在欧洲、在韩国如果你把发动机关了,或者意外事件掉地上了,当前的模式、当前的状态一定记下来,比如说进入隧道的时候,进入隧道那个通信没了,会先记录下来。中国我访问了很多的公司,还不须要,但未来还是一个市场。”冯逸新表示。
冯逸新表示,富士通车规级的FRAM可知足事情温度125℃,符合AEC-Q100 Grade 1测试标准,更适宜用来存储各种传感器带来的数据,如车载信息娱乐系统中的GPS等数据,记录安全气囊的数据,在行车过程中以1次/0.15秒或1次/1秒的速率记录CAN通信数据;在电池管理系统中以每秒或每0.1秒的频率记录电池单元的电压,温度和电流等数据,监控电池的短期和长期性能状态;在胎压监测系统中实时记录轮胎压力。据先容,目前FRAM已经在一些欧洲Tier 1的车厂中采取。
此外,FRAM也非常适宜用到新能源汽车的电池管理系统BMS中。目前中国已经有一些客户如比亚迪已经开始采取富士通的SPI 256kbit 和I2C 256 kbit的FRAM。
整车掌握单元VCU也是一个很主要的关键元件,目前中国的新能源汽车和低速代步车的VCU中已经开始利用64kbit SPI FRAM。
FRAM还有一个主要的运用是在RFID中。由于FRAM对各种宇宙射线的抗滋扰性很强,而很多医疗行业的起居须要通过射线杀菌,EEPPOM受到射线照射很随意马虎涌现数据丢失的情形,而FRAM就不用担心这个问题。
笔者认为,除了适宜车载存储外,只假如对付高耐久性、高读写速率以及低功耗三大特性有需求的运用,如表计、医疗、呼吸机、汽车电子、游戏机等,都可以采取FRAM。未来随着FRAM本钱的降落以及容量的提升,该当可以与EEPRM和FLASH形成更好的互补,而非相互取代的关系。
本钱更低的NRAM何时能够量产?
冯逸新表示,从短期来看FRAM的本钱问题比较难办理,相对来说NRAM更有希望降落本钱。这里又要科普一下什么叫NRAM?
NRAM由美国Nanteo公司发明,相较于当前的普通内存,NRAM芯片的具有非常强大的上风。除了读写速率是普通闪存的1,000倍(Nanteo官网上表示是1,000倍)之外,同时可供应功耗更低,更具可靠性与耐用性的内存,而且生产本钱更低。NRAM也可以用来当做储存芯片利用,而且由于其特性为非挥发性,以是就算断电也不会打消储存在上面的信息。NRAM可以运用在任何系统,不但可以做数据存储,也可以做程序存储。与FRAM比较,NRAM的事情温度更是高达150℃,这意味着市场更大,可以直接用到汽车发动机周边电子产品。在待机模式下,NRAM的功耗险些靠近于0。
在规格密度上,NRAM类似或靠近于FRAM,但是存储密度远高于FRAM,在核心尺寸上,NRAM的尺寸比FRAM更小。总体来说,在高温操作、数据保持、高速书写上,NRAM都具有较大上风。NRAM继续了NOR Flash的一些特点还有FRAM的特点,在本钱上跟EEPROM靠近,这使得NRAM有机会进入消费类市场。
BCC Research估量,环球NRAM市场将从2018年到2023年实现62.5%的复合年景长率(CAGR),个中嵌入式系统市场估量将在2018年达到470万美元,到了2023年将发展至2.176亿美元,CAGR高达115.3% 。 不过看似优点多多的NRAM也不是不存在问题,只管Nantero公司早在2006年就宣辞职出NRAM产品,但业界一贯期待的NRAM迟迟不能量产。2016年,富士通半导体和三重富士通半导体共同宣告与Nantero公司达成协议,授权该公司的碳纳米管内存(NRAM)技能,三方公司未来将致力于NRAM内存的开拓与生产。借由三方面的互助,将在2018年推出借由55纳米制程所生产的NRAM内存。BCC Research指出有几家独立内存公司、手机与可穿着设备公司可能导入NRAM技能,但Fitzgerald说,这些公司至今并未透露任何细节。
第四种被动元器件ReRAM
除了以上两种存储,第三个要重点提到的是ReRAM。什么是ReRAM?业界常说的被动电路元件有三种:电阻器、电容器和电感器;任教于加州大学伯克利分校,并且是新竹交通大学电子工程系名誉教授的蔡少堂(Leon Chua)在多年前预测有第四个元件的存在,即忆阻器(memristor),实际上便是一个有影象功能的非线性电阻器。他在1971年揭橥了《忆阻器:着落不明的电路元件》论文,供应了忆阻器的原始理论架构,推测电路有天然的影象能力,纵然电力中断亦然。
忆阻器跟人脑运作办法颇为类似,可使手机将来利用数周或更久而不需充电;使个人电脑开机后立即启动;条记型电脑在电池耗尽之后良久仍影象上次利用的信息。基于以上理论根本,业界研发了一种新型的非挥发ReRAM(电阻式影象体)。将DRAM的读写速率与SSD的非易失落性结合于一身。换句话说,关闭电源后存储器仍能记住数据。
ReRAM为非易失落性内存,藉由电压脉冲于金属氧化物薄膜,产生的大幅度电阻变革以记录1和0。其制程化繁为简,由两电极间大略单纯金属氧化物架构组成,使其同时拥有低功耗和高写入速率的优点。
松下半导体于2013年即开始量产配备ReRAM的微型打算机。2016年,富士通电子元器件(上海)有限公司推出业界最高密度4 Mbit ReRAM(可变电阻式存储器)产品MB85AS4MT。此产品为富士通半导体与松下电器半导体互助开拓的首款ReRAM存储器产品。据理解,中芯国际已正式出样采取40nm工艺的ReRAM芯片,并称更前辈的28nm工艺版很快也会到来。
包含钛镍氧化物构造的ReRAM,在刷写时只须要100mA的电流乃至更少,比较传统ReRAM,研究职员还降落了90%的颠簸电阻值,这一技能指标在反复高速写入和擦除时会影响产品质量和寿命。ReRAM的功耗更低,比现有手机采取的NAND型存储速率快约1万倍。实用化后,将提高手机下载高画质动画速率,并且花费更低的电量,从而可以延长手机的利用韶光。
据先容,ReRAM密度比DRAM内存高40倍,读取速率快100倍,写入速率快1000倍。ReRAM单芯片(200mm旁边)即可实现TB级存储,还具备构造大略、易于制造等优点。ReRAM存储芯片的能耗可达到闪存的1/20,数据擦写上限是后者的10倍。作为存储器前沿技能,ReRAM未来预期可以替代目前的FlashRAM,并且具有本钱更低、性能更突出的上风。比较EEPROM,ReRAM的存储容量比较大一些,核心尺寸比较小一点。
几种不同存储技能的参数比拟
作为下一代存储的代表,富士通力推的FRAM、NRAM、ReRAM三种存储技能各有特色和不同的运用市场。从存储容量来看,传统的NAND Flash和NOR Flash最具上风,因此在对容量需求量较高的消费类市场更为常见,但是涉及到写入耐久度等需求的时候,下一代存储产品开始展露上风。
大略来说,如果须要无延迟、耐久性的设计,FRAM更适宜,紧张用来取代EEPROM。如果不须要更多的写入次数,同时对付容量哀求高一点,则可以选择ReRAM。NRAM则介于ReRAM和FRAM之间,可以部分取代NOR Flash。