富士通如何在FRAM、NRAM以及ReRAM技术上满足“定制化”需求？

 

 

《华尔街日报》前不久的一篇文章指出，近年来智能手机、PC、平板电脑等设备的进化并没有以往那么快速，不过它们正以新的方式推进创新，硬件厂商更多针对特定任务采用定制芯片。

 

没错，技术的多样性正在为各种应用带来类似 “定制化”的更优化设计选项。而嵌入式系统数据存储领域也是如此，以不同独特性能的各种存储技术正在为许多应用需求提供“定制化”的方案，其中富士通在FRAM、NRAM以及ReRAM技术上正在这样做。

 

 

作为系统关键组成部分，存储性能至关重要

富士通电子元器件（上海）有限公司产品管理部总监冯逸新在最近的一次公开演讲中指出，“各种系统对存储器读写速度、可重复读写次数、读写功耗、安全性以及对供电的要求都各不相同，存储技术正在走向细分。”该公司以读写次数几乎不受限、超低功耗和超高读写速度的FRAM存储器近年来在各种市场获得广泛应用就是很好的例子，包括医疗电子、计量仪表、工业自动化、汽车电子，等等市场已经非常普遍。“到2019年，富士通将为嵌入式系统应用提供包括FRAM、NRAM以及ReRAM在内具有独特优势的一揽子存储解决方案。”

冯逸新：关键数据最佳存储解决方案

 

 

多种工艺技术全方位“定制”存储个性化解决方案

作为存储技术的“非典型”，FRAM技术本身具有很强的非典型特点——它是运用铁电材料(PZT等)的铁电性和铁电效应来进行非易失性数据存储的存储器，既可以做到像SRAM的随机读取，又具备像Flash和EEPROM一样掉电后重要数据实时保存的特点。此外，富士通半导体FRAM具有高速写入性能，保证10万亿次的读写次数，最适用于需要实时记录数据的测量仪表应用。

FRAM与其它存储器的主要性能对比

 

“

 

即使电源系统发生停电或骤降，写入操作中的数据可被完整地保护下来。在如电表等基础生活有关的相关的测量仪表，以及要求有高可靠性的工业自动化设备，金融终端等应用中，因此我们的 FRAM 得到了非常广泛的认可和使用。

——冯逸新

 

事实上，这种个性“定制化”的产品方案已经扩展到更多的应用领域，富士通前不久推出全新FRAM解决方案——MB85RS128TY和MB85RS256T首次将工作环境温度扩展到高达摄氏125度，专为汽车产业和安装有电机的工业控制机械等设计，且符合严苛的汽车行业AEC Q100标准规范。

 

富士通在去年业界最高密度ReRAM（可变电阻式存储器）产品MB85AS4MT，拥有业界非易失性内存最低的读取功耗（5MHz频率下平均仅消耗0.2mA）。ReRAM将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身。换句话说，关闭电源后存储器仍能记住数据。“如果ReRAM有足够大的空间，一台配备ReRAM的PC将不需要载入时间。” 冯逸新的例子让人对ReRAM快速写入特点印象深刻，“ReRAM一直被认为是未来闪存的替代方案，能在单块芯片上存储1T数据，存取速率比闪存快20倍。”

 

富士通半导体成为宣布量产NRAM的全球首家厂商，NRAM性能是DRAM 1000倍、但像NAND闪存那样存储数据的新型内存。富士通半导体计划到2018年底开发一款采用DDR4接口的定制嵌入式存储级内存模块。NRAM产品将面向数据中心和服务器，也可能会用于消费类产品，甚至应用到移动设备。由于NRAM能耗极低，不需要后台的数据擦除操作，它可能把移动设备的待机时间延长至数个月。

富士通非易失性存储器三类产品：FRAM，ReRAM，NRAM

 

高读/写耐久性和高速的FRAM已经成为类似电力仪表这样的行业应用存储重要数据的最佳方案；而低功耗和大容量的ReRAM是那些以读操作为主，更换电池困难、抄表困难但需长时间保持数据的流量仪表的最佳解决方案；高读/写耐久性和大容量的NRAM也将成为另一个提高表计性能的重要元件。

冯逸新在近期的一个表计行业演讲中总结道。作为已经批量生产推向市场超过18年的产品，FRAM依然是富士通存储解决方案当前的明星“花旦”，ReRAM和NRAM将为嵌入式系统存储一揽子解决方案提供完美补充。

 

 

三相电表普及应用打造了FRAM的“样板工程”

 “富士通全球FRAM存储器销量在2016年就已经超过33亿片，其中面向世界电表客户累计交货4000万片。包括中国在内世界主要的电表制造商都是FRAM产品的忠实拥趸，特别是三相电表中FRAM的应用渗透率非常高。”冯逸新指出。按照他的说法，在全球三相电表中体现的显著竞争优势已经成为FRAM全球推广极具说服力的“样板工程”。

 

富士通FRAM在需要准确记录和存储智能电表的重要数据的应用中发挥着关键作用。

电力使用的重要数据需要在非常短的间隔（1次～3次/秒)保存，瞬间掉电时，这些重要数据也必须准确完整地保留下来掉电前的一瞬间，这些是FRAM独特优势所在，帮助用户实时写入并保存当前的重要数据。

 

冯逸新表示，“富士通FRAM能够实时准确存储电力使用重要数据，从而确保了电力产业的准确收费，内置有FUJITSU FRAM的智能电表是电力公司所追求的理想解决方案。”

富士通提供了业界丰富的FRAM产品类别

 

FRAM在存储性能上的优势显著，然而作为计量产品客户首要关注的是质量。

“

 

富士通半导体使用成熟技术生产FRAM的时间已经超过18年，累计销售达到33亿片，高可靠性、完备一体的供货系统、宏大的经营业务远景是我们的FRAM获得客户在电表中广泛应用的关键因素之一。

——冯逸新

据悉，富士通强大的FRAM产品阵容——串行接口存储器的产品有16Kb至4Mb的SPI接口产品，以及 4Kb至 1Mb的I2C接口产品。电源电压除主要的3.3V工作产品外，扩充到1.8V工作产品。

 

 

超低功耗&高安全性，FRAM在传统三表市场突破

强调数据安全性、可靠性的三相电表市场无疑是FRAM的明星应用，而单相电表、气表和水表的传统民用市场FRAM如何突破？冯逸新认为超低功耗和高安全性让FRAM在三相表市场的成功可以继续复制。“通过获取你家的用电数据就可以判断你家庭的活动状况，从而可能方便坏人进行违法行为。” 对于安全问题，冯逸新分享的这个角度似乎有点007电影的味道，不过其实这样的安全考虑并不为过，单相电表基于各种安全和性能考虑，在三相电表之外正在开启FRAM在电力应用的第二块重要市场。

 

FRAM独特优点是采用不同的单元结构，这种结构具有优秀的器件级防篡改能力，防范未经授权的数据读取，并通过了一系列严苛的安全认证标准，例如在由法国国防部的DCSSI实施的EAL （基于国际标准ISO/IEC 15408的评估保证级别）认证中，FRAM通过了EAL4+认证。基于FRAM的电力存储方案在当黑客的篡改事件发生时，低功耗和高速的FRAM可以利用给RTC供电的小型电池的电源（标准放电电流：0.1mA）瞬间消去重要数据。

 

据悉，面向单相智能电表的富士通FRAM提案富士通计划开发超低容量FRAM (1Kb)和EEPROM并用，可以让单相电表实现电表性能的高可靠性，并去掉电容降低BOM成本。

“

 

随着超低容量FRAM方案的推出，以及全球智能电表新的行业规范可能逐渐提高可靠性以及安全性标准，FRAM的优势将在单相电表中展现。

——冯逸新

在传统数据存储上，随着智能电表的普及，富士通FRAM RFID双接口将成为 电表抄表系统的最佳解决方案提高工作效率，帮助电力公司节约成本，并实现断电保护数据安全可靠，以及实现无线抄表无源故障检测。

 

对于成本更为敏感的传统三表中的气表水表，FRAM的机会在哪里呢？功耗是气表和水表解决方案的关键，因为气表和水表必须由电池供电。以64Kb数据写入为例，MB85RC64T采用I2C接口，能以最高3.4 MHz的频率及1.8V至3.6V宽电源电压运行。此外，其平均电流极低，以3.4 MHz运行时为170μA（以1 MHz运行时则为80μA），因此采用FRAM意味着不但可以使电池小型化，而且延长电池寿命。

 

中国市场已经成为富士通半导体FRAM在全球的重要市场。我们在产品的价格、交货、工厂产能分配及技术支持等方面都给予了中国客户很大支持。

冯逸新在与来自政府、水表、气表设计生产厂家以及自来水和燃气公司多层面交流中都常提到这点。FRAM的卓越特性受到工业三相电表市场的深度关注之后，FRAM在单相电表、水表和气表行业正在迎来新一波应用增长期。