存儲器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)最關(guān)鍵的組件之一，在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)與人工智能聯(lián)合推動下的數(shù)據(jù)爆發(fā)時代，存儲器行業(yè)的“加速鍵”隨之開啟。據(jù)YOLE統(tǒng)計，自2019年以來，存儲器成為半導(dǎo)體增速最快的細(xì)分行業(yè)，總體市場空間從2019年的1110億美元將增長至2025年的1850億美元。細(xì)分市場中，以FeRAM（鐵電存儲）和ReRAM（電阻式存儲）為代表的新型存儲器市場增速最快，將從5億美元增長到40億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到42%，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
圖1：全球存儲器市場規(guī)模及增速（資料來源：YOLE）
業(yè)界將相變存儲器、鐵電存儲器、磁性存儲器和阻變存儲器在內(nèi)的非易失性作為打破傳統(tǒng)架構(gòu)限制的新型存儲器（non-volatile RAM），普遍認(rèn)為在新增市場和新應(yīng)用中面臨機(jī)遇。而其中FeRAM是一種理想的存儲器，在計算機(jī)、航天航空、軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，世界上許多大的半導(dǎo)體公司對此都十分重視。 “與EEPROM和閃存等現(xiàn)有類型的非易失性存儲器相比，FeRAM具有高寫入速度、高讀/寫耐久性和低功耗的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于IC卡、RFID標(biāo)簽、功率計和工業(yè)機(jī)械等，同時由于其尺寸小的特性也非常適合可穿戴設(shè)備和傳感器網(wǎng)絡(luò)。”加賀富儀艾電子（上海）有限公司產(chǎn)品經(jīng)理梅宏飛表示。加賀富儀艾電子旗下代理品牌富士通半導(dǎo)體存儲器解決方案有限公司于 1995 年已開始研發(fā) FeRAM 存儲器，至 1999 年成功量產(chǎn)推向市場，迄今已有 20多年的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，出貨量累計超過40億顆。
智能制造數(shù)據(jù)先行，高頻存儲很關(guān)鍵
數(shù)據(jù)是制造業(yè)提高核心能力、整合產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)從要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型的有力手段。數(shù)據(jù)所帶來的核心價值在于可以真實(shí)地反映和描述生產(chǎn)制造過程，這也就為制造過程的分析和優(yōu)化提供了全新的手段與方法。因此，數(shù)據(jù)驅(qū)動也可以說是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵步驟。作為制造業(yè)的心臟，傳統(tǒng)的電機(jī)控制平臺已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造商對電機(jī)的控制和保護(hù)的要求，工廠中多臺電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電流、電壓以及振動的波形數(shù)據(jù)具有海量、高頻、分散的特點(diǎn)，因此以對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析為核心的大數(shù)據(jù)在電機(jī)管理系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越大的作用。
圖2：FeRAM應(yīng)用之旋轉(zhuǎn)編碼器
“與傳統(tǒng)的非易失性存儲器如EEPROM相比，富士通半導(dǎo)體FeRAM的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高速讀寫、高耐久性和低功耗等方面。高速讀寫可確保實(shí)時存儲，可幫助系統(tǒng)設(shè)計者解決實(shí)時存儲數(shù)據(jù)和幫助系統(tǒng)設(shè)計者解決了突然斷電數(shù)據(jù)丟失的問題；高耐久性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)頻繁記錄操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài)；低功耗主要指寫入時不需要高電壓，功耗消耗相比傳統(tǒng)存儲器減少90%以上。” 梅宏飛表示。富士通半導(dǎo)體具有快速數(shù)據(jù)傳輸功能的8Mbit FeRAM，在高達(dá)105℃的高溫環(huán)境中，能夠以最大108MHz的工作頻率實(shí)現(xiàn)每秒54MB的快速數(shù)據(jù)傳輸速率。該類產(chǎn)品具有高速運(yùn)行和非易失性特性，是高性能計算 （HPC）、數(shù)據(jù)中心和工業(yè)計算（如可編程邏輯控制器 （PLC）、人機(jī)界面 （HMI） 和 RAID 控制器）的理想選擇。
圖3：FeRAM應(yīng)用之PLC
BMS運(yùn)行參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，可靠、高耐久性是“剛需”
近年來，新能源汽車銷量的快速增長帶動了相關(guān)汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，由于采用電力驅(qū)動，新能源汽車的結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的燃油汽車，動力電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、整車控制單元（VCU）三大系統(tǒng)成為汽車的核心功能部件。這些關(guān)鍵部件無時無刻不產(chǎn)生特征數(shù)據(jù)，高性能存儲器成為這些核心部件不可或缺的關(guān)鍵元件。加賀富儀艾電子（上海）有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新認(rèn)為：“無論是BMS還是VCU，這些系統(tǒng)都需要實(shí)時、連續(xù)地對當(dāng)前狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控、記錄和分析處理，因此需要提高存儲器性能和耐久性設(shè)計。非易失性、高速讀寫、高讀寫耐久性的車規(guī)級FeRAM很好的滿足了這些對可靠性和無遲延的要求”。
BMS是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時監(jiān)測；電池狀態(tài)估計；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)充控制；均衡管理和熱管理等等。“舉個簡單的例子，電池單元電量一般維持在30%~75%之間表示正常運(yùn)作，如有不均衡的情況需從別的單元補(bǔ)充過來，這時系統(tǒng)需要檢測記錄電池單元的電量、溫度、電壓、電流等等數(shù)據(jù)，而且單次監(jiān)測記錄的時間不能間隔太長。” 馮逸新解釋道。這也就意味著，BMS的數(shù)據(jù)記錄與寫入同樣非常頻繁，對非易失性存儲器的寫入次數(shù)要求比較高。同時在實(shí)際工作中，BMS系統(tǒng)不僅會以每秒或每0.1秒的頻率去記錄電池單元的電壓、溫度和電流等當(dāng)前數(shù)據(jù)，而且要監(jiān)控電池的短期（最后幾個充電周期）和長期（整個使用壽命）的狀態(tài)，這對最大程度延長電池使用壽命至關(guān)重要。“針對這些獨(dú)特要求，還需要提高存儲器性能和耐久性設(shè)計，因此非易失性、高耐久性、高速的車規(guī)級FeRAM是BMS的理想選擇。” 馮逸新指出。
圖4：FeRAM應(yīng)用之電池管理系統(tǒng)BMS
通過采用FeRAM技術(shù)，汽車制造商可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和提高數(shù)據(jù)的完整性。自2017年開始，富士通半導(dǎo)體先后推出多款可在高達(dá)125℃高溫環(huán)境下運(yùn)作的車規(guī)級FeRAM產(chǎn)品。據(jù)悉，這些產(chǎn)品已經(jīng)成功進(jìn)入了東風(fēng)、金龍、宇通、上汽通用五菱、華晨寶馬、一汽、御捷、江淮、奇瑞等整車廠的諸多Tier-1、Tier-2供應(yīng)鏈。目前FeRAM已被廣泛應(yīng)用于新能源汽車的關(guān)鍵電子系統(tǒng)，如安全氣囊數(shù)據(jù)存儲、事故數(shù)據(jù)記錄器(EDR)、新能源汽車CAN盒(CAN-BOX)、新能源車載終端(T-BOX)、胎壓監(jiān)測、汽車駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和導(dǎo)航與信息娛樂系統(tǒng)。
圖5：FeRAM在汽車電子系統(tǒng)上的應(yīng)用
滿足差異化市場需求，打造全覆蓋存儲產(chǎn)品陣列
圖6：FeRAM具有非常廣泛的應(yīng)用場景
在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等產(chǎn)業(yè)趨勢下，自動化、信息化、智能化等技術(shù)加速滲透到生產(chǎn)和生活的方方面面，數(shù)據(jù)無處不在。傳統(tǒng)制造向智能制造變革，開啟了可視化、數(shù)字化時代。“這也為像FeRAM這樣有獨(dú)特性能優(yōu)勢的存儲技術(shù)開拓了大量的市場機(jī)會，除了前面提到的電機(jī)數(shù)據(jù)存儲、汽車數(shù)據(jù)存儲，以及傳統(tǒng)的三表計量應(yīng)用，像這幾年火熱的太陽能、風(fēng)能以及儲能等新興行業(yè)應(yīng)用都對FeRAM這樣的高性能存儲提供了海量的應(yīng)用需求。”梅宏飛指出。
富士通半導(dǎo)體除了可以提供FeRAM 產(chǎn)品，還有量產(chǎn)另外一種新型存儲器ReRAM。ReRAM的主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)讀取次數(shù)接近無限，讀取電流極小，非常適用于一些對頻繁讀取數(shù)據(jù)有要求的一些應(yīng)用。此外，也可以通過使用ReRAM來延長電池壽命，是助聽器等醫(yī)療設(shè)備和智能手表等小型可穿戴設(shè)備的理想選擇。
“富士通半導(dǎo)體一直注重產(chǎn)品研發(fā)能力的提升，近年來陸續(xù)推出能滿足更多應(yīng)用場景的產(chǎn)品，例如更新了54MB/s數(shù)據(jù)寫入能力的8Mb Quad SPI FeRAM，支持高達(dá)100萬億次寫入次數(shù)的新款8Mb FeRAM，量產(chǎn)可以工作于125℃的FeRAM車規(guī)級產(chǎn)品，等等。” 馮逸新表示。作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，富士通半導(dǎo)體擁有豐富的專業(yè)知識，使得其能夠開發(fā)滿足各種需求的高級非易失性存儲器需求，除了已經(jīng)獲得超過40億顆應(yīng)用的FeRAM，還研發(fā)出了例如以碳納米管為材料的非易失性存儲器（NRAM）。未來，富士通半導(dǎo)體將繼續(xù)提供高度可靠的產(chǎn)品，為客戶創(chuàng)造和提供新的價值和最佳服務(wù)。
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