存儲器是現代信息系統最關鍵的組件之一，在當前物聯網與人工智能聯合推(tui)動下(xia)的(de)數據爆發(fa)(fa)時代，存(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器行(xing)(xing)業的(de)“加速(su)鍵(jian)”隨之開啟。據YOLE統(tong)計(ji)，自(zi)2019年以來，存(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器成為半(ban)導體增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)速(su)最快的(de)細分行(xing)(xing)業，總體市(shi)場(chang)空間從(cong)2019年的(de)1110億(yi)美元(yuan)將(jiang)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)長至2025年的(de)1850億(yi)美元(yuan)。細分市(shi)場(chang)中，以FeRAM（鐵電存(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)）和ReRAM（電阻式存(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)）為代表的(de)新型存(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器市(shi)場(chang)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)速(su)最快，將(jiang)從(cong)5億(yi)美元(yuan)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)長到40億(yi)美元(yuan)，年復合增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)長率(lv)達到42%，發(fa)(fa)展潛力巨大。
圖1：全球存儲(chu)器市場(chang)規模及(ji)增(zeng)速（資料來源：YOLE）
業界將相變存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)、鐵電存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)、磁性存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)和(he)(he)阻變存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)在內的(de)非易失性作為打破傳統架(jia)構限制的(de)新(xin)(xin)型存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)（non-volatile RAM），普(pu)遍認為在新(xin)(xin)增市場(chang)和(he)(he)新(xin)(xin)應用中面臨機(ji)遇。而其(qi)中FeRAM是一種理想的(de)存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)，在計(ji)算(suan)機(ji)、航天(tian)航空、軍工等(deng)(deng)領域具(ju)有(you)廣闊的(de)應用前景，世(shi)界上許多大的(de)半導體公(gong)司(si)(si)對此(ci)都十分重(zhong)視。 “與EEPROM和(he)(he)閃存(cun)等(deng)(deng)現有(you)類(lei)型的(de)非易失性存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)相比，FeRAM具(ju)有(you)高寫入速(su)度、高讀/寫耐久性和(he)(he)低功(gong)耗的(de)特(te)(te)點，廣泛應用于(yu)IC卡、RFID標簽(qian)、功(gong)率計(ji)和(he)(he)工業機(ji)械等(deng)(deng)，同時由于(yu)其(qi)尺寸(cun)小的(de)特(te)(te)性也非常適合可穿戴設(she)備(bei)和(he)(he)傳感器(qi)網絡(luo)。”加賀(he)富(fu)儀艾(ai)電子（上海(hai)）有(you)限公(gong)司(si)(si)產(chan)品經理梅宏飛表示。加賀(he)富(fu)儀艾(ai)電子旗下代理品牌富(fu)士通(tong)半導體存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)解決方案有(you)限公(gong)司(si)(si)于(yu) 1995 年已開始研(yan)發 FeRAM 存(cun)儲(chu)(chu)(chu)器(qi)，至(zhi) 1999 年成功(gong)量(liang)產(chan)推向市場(chang)，迄今(jin)已有(you) 20多年的(de)量(liang)產(chan)經驗，出貨量(liang)累計(ji)超過(guo)40億顆。
智能制造數據先行，高頻存儲很關鍵
數(shu)據(ju)是(shi)制(zhi)造業(ye)(ye)提高核心(xin)能力(li)、整(zheng)合產業(ye)(ye)鏈(lian)的(de)關鍵(jian)，也是(shi)實(shi)現從要素驅動向創新驅動轉型的(de)有力(li)手段。數(shu)據(ju)所(suo)帶來的(de)核心(xin)價值(zhi)在(zai)于可以(yi)真實(shi)地反映和描述生產制(zhi)造過(guo)(guo)程，這也就為制(zhi)造過(guo)(guo)程的(de)分(fen)析和優化提供(gong)了(le)全(quan)新的(de)手段與(yu)方(fang)法。因此，數(shu)據(ju)驅動也可以(yi)說是(shi)實(shi)現智能制(zhi)造的(de)關鍵(jian)步驟。作為制(zhi)造業(ye)(ye)的(de)心(xin)臟，傳(chuan)統(tong)的(de)電機(ji)(ji)控制(zhi)平(ping)臺(tai)(tai)已經(jing)不能滿足現代制(zhi)造商對(dui)電機(ji)(ji)的(de)控制(zhi)和保護的(de)要求，工廠中多臺(tai)(tai)電機(ji)(ji)運轉產生的(de)電流(liu)、電壓以(yi)及(ji)振動的(de)波形數(shu)據(ju)具有海(hai)量、高頻、分(fen)散的(de)特點，因此以(yi)對(dui)海(hai)量數(shu)據(ju)進(jin)行存儲(chu)和分(fen)析為核心(xin)的(de)大數(shu)據(ju)在(zai)電機(ji)(ji)管理系統(tong)中發揮著越(yue)來越(yue)大的(de)作用(yong)。
圖2：FeRAM應用之旋轉編碼器
“與傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)的(de)非(fei)易(yi)失性(xing)存儲(chu)(chu)器(qi)(qi)如(ru)EEPROM相(xiang)(xiang)比，富士通半(ban)導(dao)體(ti)FeRAM的(de)優勢主要體(ti)現(xian)在高(gao)速(su)讀寫(xie)、高(gao)耐(nai)久(jiu)(jiu)性(xing)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)等方面。高(gao)速(su)讀寫(xie)可確(que)保實(shi)時存儲(chu)(chu)，可幫(bang)助(zhu)(zhu)系(xi)統(tong)(tong)(tong)設計(ji)者(zhe)解(jie)決(jue)實(shi)時存儲(chu)(chu)數(shu)據和(he)幫(bang)助(zhu)(zhu)系(xi)統(tong)(tong)(tong)設計(ji)者(zhe)解(jie)決(jue)了突然斷電數(shu)據丟失的(de)問題(ti)；高(gao)耐(nai)久(jiu)(jiu)性(xing)的(de)特點(dian)，可以實(shi)現(xian)頻繁記(ji)錄操作歷史和(he)系(xi)統(tong)(tong)(tong)狀態；低(di)功(gong)耗(hao)主要指寫(xie)入時不需要高(gao)電壓(ya)，功(gong)耗(hao)消(xiao)耗(hao)相(xiang)(xiang)比傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)存儲(chu)(chu)器(qi)(qi)減少90%以上。” 梅宏飛表(biao)示。富士通半(ban)導(dao)體(ti)具有快速(su)數(shu)據傳(chuan)輸功(gong)能(neng)的(de)8Mbit FeRAM，在高(gao)達105℃的(de)高(gao)溫環境(jing)中，能(neng)夠以最大108MHz的(de)工作頻率實(shi)現(xian)每(mei)秒54MB的(de)快速(su)數(shu)據傳(chuan)輸速(su)率。該類產品具有高(gao)速(su)運行(xing)和(he)非(fei)易(yi)失性(xing)特性(xing)，是(shi)高(gao)性(xing)能(neng)計(ji)算 （HPC）、數(shu)據中心和(he)工業計(ji)算（如(ru)可編程邏輯控(kong)(kong)制器(qi)(qi) （PLC）、人機(ji)界面 （HMI） 和(he) RAID 控(kong)(kong)制器(qi)(qi)）的(de)理想選擇。
圖3：FeRAM應用之PLC
BMS運行參數實時監測，可靠、高耐久性是“剛需”
近年來，新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)(qi)車(che)(che)銷量的快速增長帶動(dong)了相關汽(qi)(qi)車(che)(che)電(dian)(dian)(dian)子(zi)產業鏈的發展，由于采用(yong)電(dian)(dian)(dian)力(li)驅動(dong)，新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)(qi)車(che)(che)的結構(gou)有別于傳統(tong)的燃(ran)油(you)汽(qi)(qi)車(che)(che)，動(dong)力(li)電(dian)(dian)(dian)池、電(dian)(dian)(dian)池管理(li)系統(tong)（BMS）、整車(che)(che)控(kong)制單元（VCU）三大(da)系統(tong)成為(wei)汽(qi)(qi)車(che)(che)的核心功能(neng)部件。這(zhe)些關鍵部件無(wu)時(shi)無(wu)刻不產生(sheng)特征數(shu)據，高性(xing)能(neng)存儲器成為(wei)這(zhe)些核心部件不可或缺的關鍵元件。加(jia)賀富儀艾(ai)電(dian)(dian)(dian)子(zi)（上海）有限公司(si)產品(pin)管理(li)部總監馮逸(yi)新(xin)認為(wei)：“無(wu)論(lun)是BMS還是VCU，這(zhe)些系統(tong)都需要實時(shi)、連續地對(dui)當前狀態信息進(jin)行監控(kong)、記錄和分析處理(li)，因此需要提高存儲器性(xing)能(neng)和耐久(jiu)性(xing)設計。非易失性(xing)、高速讀寫(xie)、高讀寫(xie)耐久(jiu)性(xing)的車(che)(che)規(gui)級FeRAM很(hen)好的滿足了這(zhe)些對(dui)可靠(kao)性(xing)和無(wu)遲(chi)延的要求”。
BMS是(shi)連接(jie)車(che)載(zai)動(dong)力電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)紐帶，其主要(yao)(yao)(yao)功(gong)能(neng)包括：電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)物理(li)(li)參(can)數(shu)實(shi)時監(jian)測(ce)；電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)狀態估計(ji)；在(zai)線(xian)診斷與預(yu)警(jing)；充、放電(dian)(dian)(dian)(dian)與預(yu)充控制；均衡(heng)管理(li)(li)和(he)熱管理(li)(li)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。“舉(ju)個簡(jian)單(dan)的(de)(de)(de)(de)例(li)子(zi)，電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)單(dan)元電(dian)(dian)(dian)(dian)量一般維持在(zai)30%~75%之間(jian)表示正常運作，如有不(bu)均衡(heng)的(de)(de)(de)(de)情況需從別的(de)(de)(de)(de)單(dan)元補充過來，這(zhe)時系(xi)統需要(yao)(yao)(yao)檢測(ce)記錄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)單(dan)元的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)量、溫(wen)度、電(dian)(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)等(deng)(deng)等(deng)(deng)數(shu)據，而(er)且(qie)單(dan)次(ci)監(jian)測(ce)記錄的(de)(de)(de)(de)時間(jian)不(bu)能(neng)間(jian)隔太長。” 馮逸新(xin)解釋道。這(zhe)也就意味著，BMS的(de)(de)(de)(de)數(shu)據記錄與寫入同樣(yang)非(fei)常頻繁，對(dui)非(fei)易失性(xing)(xing)存儲(chu)器的(de)(de)(de)(de)寫入次(ci)數(shu)要(yao)(yao)(yao)求比較高。同時在(zai)實(shi)際(ji)工作中，BMS系(xi)統不(bu)僅會(hui)以每秒或每0.1秒的(de)(de)(de)(de)頻率(lv)去記錄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)單(dan)元的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓、溫(wen)度和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)等(deng)(deng)當前數(shu)據，而(er)且(qie)要(yao)(yao)(yao)監(jian)控電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)短(duan)期(qi)（最后幾個充電(dian)(dian)(dian)(dian)周期(qi)）和(he)長期(qi)（整個使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)(ming)）的(de)(de)(de)(de)狀態，這(zhe)對(dui)最大程度延長電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)(ming)至關重要(yao)(yao)(yao)。“針對(dui)這(zhe)些獨特(te)要(yao)(yao)(yao)求，還需要(yao)(yao)(yao)提高存儲(chu)器性(xing)(xing)能(neng)和(he)耐(nai)(nai)久性(xing)(xing)設(she)計(ji)，因此非(fei)易失性(xing)(xing)、高耐(nai)(nai)久性(xing)(xing)、高速的(de)(de)(de)(de)車(che)規(gui)級FeRAM是(shi)BMS的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)想選擇(ze)。” 馮逸新(xin)指(zhi)出。
圖4：FeRAM應用之電池管理系統BMS
通(tong)(tong)過采用(yong)(yong)FeRAM技術，汽車(che)制造(zao)商(shang)可(ke)以(yi)大(da)大(da)降低系(xi)統(tong)的(de)復雜性(xing)和(he)(he)提高(gao)數據的(de)完整性(xing)。自2017年開始，富士通(tong)(tong)半導(dao)(dao)體先后推出多款可(ke)在(zai)高(gao)達125℃高(gao)溫環(huan)境下運作的(de)車(che)規級FeRAM產品。據悉，這些產品已(yi)經成(cheng)功(gong)進(jin)入(ru)了東風(feng)、金龍(long)、宇通(tong)(tong)、上汽通(tong)(tong)用(yong)(yong)五(wu)菱(ling)、華晨寶(bao)馬、一汽、御(yu)捷、江(jiang)淮、奇瑞等整車(che)廠的(de)諸(zhu)多Tier-1、Tier-2供應(ying)鏈。目前FeRAM已(yi)被廣泛應(ying)用(yong)(yong)于新能源(yuan)汽車(che)的(de)關鍵電子(zi)系(xi)統(tong)，如安全氣(qi)囊數據存(cun)儲(chu)、事故數據記(ji)錄器(EDR)、新能源(yuan)汽車(che)CAN盒(CAN-BOX)、新能源(yuan)車(che)載終端(T-BOX)、胎壓監測、汽車(che)駕駛輔助系(xi)統(tong)(ADAS)和(he)(he)導(dao)(dao)航與信息娛樂系(xi)統(tong)。
圖5：FeRAM在汽車電子系統(tong)上的(de)應用
滿足差異化市場需求，打造全覆蓋存儲產品陣列
圖6：FeRAM具有非(fei)常廣泛的應用場景
在(zai)互(hu)聯(lian)網、物聯(lian)網、大(da)數據(ju)、云計(ji)算和人工智能(neng)等產業趨(qu)勢下(xia)，自動化(hua)、信息化(hua)、智能(neng)化(hua)等技(ji)(ji)術(shu)加(jia)速滲(shen)透到生產和生活的方方面(mian)面(mian)，數據(ju)無處不在(zai)。傳統制造向智能(neng)制造變(bian)革，開(kai)啟(qi)了(le)可視化(hua)、數字化(hua)時代。“這也(ye)為(wei)像FeRAM這樣(yang)有獨特(te)性能(neng)優勢的存儲技(ji)(ji)術(shu)開(kai)拓了(le)大(da)量(liang)的市場機會，除了(le)前面(mian)提到的電機數據(ju)存儲、汽車數據(ju)存儲，以及傳統的三表計(ji)量(liang)應(ying)用(yong)，像這幾年火熱的太陽能(neng)、風能(neng)以及儲能(neng)等新(xin)興(xing)行業應(ying)用(yong)都對FeRAM這樣(yang)的高性能(neng)存儲提供了(le)海量(liang)的應(ying)用(yong)需求。”梅宏飛指出。
富士通半導體除了可以(yi)提(ti)供FeRAM 產(chan)品，還有量產(chan)另外(wai)(wai)一(yi)種新型(xing)存儲器(qi)(qi)ReRAM。ReRAM的(de)主要(yao)優點是(shi)(shi)數(shu)據讀取(qu)次數(shu)接近無限(xian)，讀取(qu)電(dian)流極小(xiao)，非常(chang)適用于一(yi)些對頻繁讀取(qu)數(shu)據有要(yao)求的(de)一(yi)些應用。此外(wai)(wai)，也可以(yi)通過使(shi)用ReRAM來延長電(dian)池壽命(ming)，是(shi)(shi)助聽器(qi)(qi)等醫療設備和智能手表(biao)等小(xiao)型(xing)可穿戴設備的(de)理(li)想選擇。
“富士(shi)通(tong)半導(dao)體(ti)一直注重產(chan)品研發(fa)(fa)能力(li)的(de)(de)(de)提(ti)升，近年來陸續推出能滿(man)足更(geng)多應用場景的(de)(de)(de)產(chan)品，例(li)如(ru)(ru)更(geng)新(xin)了54MB/s數據寫入能力(li)的(de)(de)(de)8Mb Quad SPI FeRAM，支持高達100萬(wan)億次寫入次數的(de)(de)(de)新(xin)款(kuan)8Mb FeRAM，量產(chan)可以工作于125℃的(de)(de)(de)FeRAM車規(gui)級產(chan)品，等(deng)等(deng)。” 馮逸(yi)新(xin)表示(shi)。作為(wei)物(wu)聯網設備和(he)服務解決方案的(de)(de)(de)領先(xian)供(gong)應商，富士(shi)通(tong)半導(dao)體(ti)擁有豐(feng)富的(de)(de)(de)專業(ye)知識，使得其能夠開發(fa)(fa)滿(man)足各種需求(qiu)的(de)(de)(de)高級非易失性存儲器需求(qiu)，除(chu)了已經獲得超過40億顆應用的(de)(de)(de)FeRAM，還研發(fa)(fa)出了例(li)如(ru)(ru)以碳納(na)米管為(wei)材料的(de)(de)(de)非易失性存儲器（NRAM）。未(wei)來，富士(shi)通(tong)半導(dao)體(ti)將繼續提(ti)供(gong)高度可靠(kao)的(de)(de)(de)產(chan)品，為(wei)客戶創造和(he)提(ti)供(gong)新(xin)的(de)(de)(de)價值和(he)最佳(jia)服務。
