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(dong)下(xia)的數據爆(bao)發時代，存(cun)儲器(qi)行(xing)業(ye)的“加速(su)鍵(jian)”隨之開啟(qi)。據YOLE統計，自2019年(nian)以來，存(cun)儲器(qi)成(cheng)為半(ban)導體(ti)增速(su)最快的細(xi)分行(xing)業(ye)，總體(ti)市場(chang)(chang)空間從2019年(nian)的1110億(yi)美(mei)(mei)元將(jiang)增長至2025年(nian)的1850億(yi)美(mei)(mei)元。細(xi)分市場(chang)(chang)中(zhong)，以FeRAM（鐵電存(cun)儲）和ReRAM（電阻式存(cun)儲）為代表的新型存(cun)儲器(qi)市場(chang)(chang)增速(su)最快，將(jiang)從5億(yi)美(mei)(mei)元增長到40億(yi)美(mei)(mei)元，年(nian)復(fu)合增長率達到42%，發展潛(qian)力巨大。
圖1：全(quan)球存儲(chu)器市場規模及增速（資料來源：YOLE）
業界(jie)將相(xiang)變(bian)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)、鐵電(dian)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)、磁性存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)和阻變(bian)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)在(zai)內的(de)非易失性作為打破(po)傳(chuan)統(tong)架構限(xian)(xian)(xian)制的(de)新型存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)（non-volatile RAM），普遍認為在(zai)新增市場(chang)和新應(ying)用(yong)中面臨(lin)機遇。而(er)其中FeRAM是一種理想的(de)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)，在(zai)計(ji)算機、航天航空、軍(jun)工等(deng)領域具(ju)有(you)(you)廣闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)前景，世界(jie)上(shang)許多大(da)的(de)半導體公(gong)司(si)對(dui)此都十分重視(shi)。 “與EEPROM和閃(shan)存(cun)(cun)(cun)等(deng)現有(you)(you)類型的(de)非易失性存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)相(xiang)比(bi)，FeRAM具(ju)有(you)(you)高寫(xie)入(ru)速(su)度、高讀/寫(xie)耐久(jiu)性和低功耗的(de)特點，廣泛應(ying)用(yong)于(yu)(yu)IC卡、RFID標(biao)簽、功率計(ji)和工業機械等(deng)，同(tong)時由于(yu)(yu)其尺寸小(xiao)的(de)特性也非常適(shi)合(he)可穿戴設備和傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)網絡。”加賀富儀艾電(dian)子（上(shang)海）有(you)(you)限(xian)(xian)(xian)公(gong)司(si)產品(pin)經(jing)理梅宏飛表(biao)示。加賀富儀艾電(dian)子旗下代理品(pin)牌富士通半導體存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)解決方(fang)案(an)有(you)(you)限(xian)(xian)(xian)公(gong)司(si)于(yu)(yu) 1995 年已開始研發 FeRAM 存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(chu)器(qi)(qi)(qi)，至 1999 年成(cheng)功量產推向(xiang)市場(chang)，迄今(jin)已有(you)(you) 20多年的(de)量產經(jing)驗(yan)，出貨量累計(ji)超過40億顆。
智能制造數據先行，高頻存儲很關鍵
數(shu)(shu)據(ju)是(shi)制(zhi)(zhi)造業(ye)提高(gao)核心(xin)能(neng)力、整(zheng)合(he)產業(ye)鏈(lian)的(de)(de)(de)關鍵，也是(shi)實(shi)現(xian)從要素驅(qu)動向創新驅(qu)動轉型的(de)(de)(de)有(you)(you)力手段。數(shu)(shu)據(ju)所帶(dai)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)核心(xin)價值在于可以真實(shi)地反映和描述生(sheng)產制(zhi)(zhi)造過(guo)程(cheng)，這也就(jiu)為(wei)制(zhi)(zhi)造過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)分(fen)析和優化提供(gong)了(le)全新的(de)(de)(de)手段與方法。因此，數(shu)(shu)據(ju)驅(qu)動也可以說是(shi)實(shi)現(xian)智能(neng)制(zhi)(zhi)造的(de)(de)(de)關鍵步(bu)驟。作為(wei)制(zhi)(zhi)造業(ye)的(de)(de)(de)心(xin)臟，傳統(tong)的(de)(de)(de)電(dian)機(ji)控制(zhi)(zhi)平(ping)臺(tai)已經不能(neng)滿足(zu)現(xian)代制(zhi)(zhi)造商對電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)和保護的(de)(de)(de)要求，工(gong)廠(chang)中(zhong)多臺(tai)電(dian)機(ji)運轉產生(sheng)的(de)(de)(de)電(dian)流、電(dian)壓以及(ji)振動的(de)(de)(de)波形數(shu)(shu)據(ju)具有(you)(you)海(hai)量(liang)、高(gao)頻、分(fen)散(san)的(de)(de)(de)特點，因此以對海(hai)量(liang)數(shu)(shu)據(ju)進行存儲和分(fen)析為(wei)核心(xin)的(de)(de)(de)大(da)數(shu)(shu)據(ju)在電(dian)機(ji)管理系(xi)統(tong)中(zhong)發揮(hui)著(zhu)越來(lai)(lai)越大(da)的(de)(de)(de)作用。
圖2：FeRAM應(ying)用之旋轉編碼器
“與傳統(tong)的(de)(de)非易失(shi)性(xing)(xing)存儲(chu)器(qi)如EEPROM相(xiang)比(bi)(bi)，富士(shi)通(tong)(tong)半導(dao)體FeRAM的(de)(de)優勢主(zhu)要體現(xian)在(zai)高(gao)速讀寫(xie)、高(gao)耐久(jiu)性(xing)(xing)和(he)(he)(he)(he)低功(gong)(gong)耗等(deng)方面。高(gao)速讀寫(xie)可確保實(shi)(shi)時(shi)存儲(chu)，可幫(bang)助(zhu)系統(tong)設計(ji)(ji)(ji)者(zhe)解決(jue)實(shi)(shi)時(shi)存儲(chu)數(shu)(shu)據(ju)和(he)(he)(he)(he)幫(bang)助(zhu)系統(tong)設計(ji)(ji)(ji)者(zhe)解決(jue)了突(tu)然斷(duan)電(dian)數(shu)(shu)據(ju)丟失(shi)的(de)(de)問(wen)題(ti)；高(gao)耐久(jiu)性(xing)(xing)的(de)(de)特點，可以實(shi)(shi)現(xian)頻繁(fan)記錄(lu)操作(zuo)歷史和(he)(he)(he)(he)系統(tong)狀態；低功(gong)(gong)耗主(zhu)要指寫(xie)入時(shi)不(bu)需要高(gao)電(dian)壓，功(gong)(gong)耗消耗相(xiang)比(bi)(bi)傳統(tong)存儲(chu)器(qi)減少(shao)90%以上。” 梅宏飛(fei)表示。富士(shi)通(tong)(tong)半導(dao)體具有快(kuai)速數(shu)(shu)據(ju)傳輸功(gong)(gong)能的(de)(de)8Mbit FeRAM，在(zai)高(gao)達105℃的(de)(de)高(gao)溫環(huan)境(jing)中(zhong)，能夠以最大108MHz的(de)(de)工作(zuo)頻率實(shi)(shi)現(xian)每秒(miao)54MB的(de)(de)快(kuai)速數(shu)(shu)據(ju)傳輸速率。該類產品具有高(gao)速運行和(he)(he)(he)(he)非易失(shi)性(xing)(xing)特性(xing)(xing)，是高(gao)性(xing)(xing)能計(ji)(ji)(ji)算(suan) （HPC）、數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心和(he)(he)(he)(he)工業計(ji)(ji)(ji)算(suan)（如可編程邏輯控制器(qi) （PLC）、人機(ji)界面 （HMI） 和(he)(he)(he)(he) RAID 控制器(qi)）的(de)(de)理想選(xuan)擇(ze)。
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(jin)年(nian)來，新能(neng)源(yuan)汽車(che)(che)銷量的(de)(de)(de)(de)快(kuai)速增長帶動(dong)了(le)(le)相關(guan)汽車(che)(che)電(dian)子產(chan)(chan)業(ye)鏈的(de)(de)(de)(de)發展，由于(yu)采用(yong)電(dian)力驅動(dong)，新能(neng)源(yuan)汽車(che)(che)的(de)(de)(de)(de)結構有(you)(you)別于(yu)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)燃油(you)汽車(che)(che)，動(dong)力電(dian)池(chi)、電(dian)池(chi)管理系統(tong)（BMS）、整車(che)(che)控(kong)(kong)制(zhi)單(dan)元(yuan)（VCU）三(san)大系統(tong)成(cheng)為(wei)(wei)汽車(che)(che)的(de)(de)(de)(de)核心功(gong)能(neng)部件(jian)。這些(xie)(xie)關(guan)鍵(jian)部件(jian)無(wu)時(shi)無(wu)刻不(bu)(bu)產(chan)(chan)生特征數據，高(gao)性(xing)(xing)能(neng)存儲器(qi)成(cheng)為(wei)(wei)這些(xie)(xie)核心部件(jian)不(bu)(bu)可或(huo)缺的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)元(yuan)件(jian)。加(jia)賀富儀艾電(dian)子（上海(hai)）有(you)(you)限公司(si)產(chan)(chan)品管理部總監(jian)馮逸(yi)新認(ren)為(wei)(wei)：“無(wu)論(lun)是(shi)BMS還(huan)是(shi)VCU，這些(xie)(xie)系統(tong)都需(xu)要實(shi)時(shi)、連續地對(dui)當前狀態(tai)信息(xi)進行監(jian)控(kong)(kong)、記(ji)錄和分析處理，因(yin)此需(xu)要提高(gao)存儲器(qi)性(xing)(xing)能(neng)和耐久性(xing)(xing)設計。非易失性(xing)(xing)、高(gao)速讀(du)(du)寫、高(gao)讀(du)(du)寫耐久性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)車(che)(che)規級(ji)FeRAM很好(hao)的(de)(de)(de)(de)滿足(zu)了(le)(le)這些(xie)(xie)對(dui)可靠性(xing)(xing)和無(wu)遲延的(de)(de)(de)(de)要求”。
BMS是(shi)連接車載動力(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)和(he)(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動汽車的(de)(de)重要(yao)(yao)紐帶，其主要(yao)(yao)功能(neng)包(bao)括：電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)物理參數(shu)(shu)實時(shi)監測(ce)(ce)；電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)狀(zhuang)態估計(ji)；在線診斷與預(yu)警；充、放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)與預(yu)充控制；均衡管理和(he)(he)(he)熱管理等(deng)等(deng)。“舉個簡單(dan)的(de)(de)例子，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)元(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量一(yi)般維持在30%~75%之(zhi)間(jian)表示正常(chang)(chang)運作，如有不(bu)均衡的(de)(de)情況需(xu)從別的(de)(de)單(dan)元(yuan)補充過來，這時(shi)系統需(xu)要(yao)(yao)檢測(ce)(ce)記(ji)錄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)元(yuan)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量、溫度(du)(du)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流等(deng)等(deng)數(shu)(shu)據，而且(qie)單(dan)次(ci)監測(ce)(ce)記(ji)錄的(de)(de)時(shi)間(jian)不(bu)能(neng)間(jian)隔(ge)太長。” 馮(feng)逸新解釋(shi)道。這也(ye)就(jiu)意味(wei)著，BMS的(de)(de)數(shu)(shu)據記(ji)錄與寫入同(tong)樣非(fei)常(chang)(chang)頻(pin)繁(fan)，對非(fei)易失性(xing)存儲(chu)器的(de)(de)寫入次(ci)數(shu)(shu)要(yao)(yao)求比較高(gao)。同(tong)時(shi)在實際工作中，BMS系統不(bu)僅會以每秒或每0.1秒的(de)(de)頻(pin)率去記(ji)錄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)元(yuan)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)、溫度(du)(du)和(he)(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流等(deng)當前數(shu)(shu)據，而且(qie)要(yao)(yao)監控電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)短(duan)期（最后幾個充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)周(zhou)期）和(he)(he)(he)長期（整個使用壽(shou)命(ming)）的(de)(de)狀(zhuang)態，這對最大程(cheng)度(du)(du)延長電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)使用壽(shou)命(ming)至關重要(yao)(yao)。“針對這些獨特要(yao)(yao)求，還(huan)需(xu)要(yao)(yao)提(ti)高(gao)存儲(chu)器性(xing)能(neng)和(he)(he)(he)耐久(jiu)(jiu)性(xing)設計(ji)，因此非(fei)易失性(xing)、高(gao)耐久(jiu)(jiu)性(xing)、高(gao)速的(de)(de)車規級(ji)FeRAM是(shi)BMS的(de)(de)理想選擇。” 馮(feng)逸新指出(chu)。
圖4：FeRAM應用之電池管理系統BMS
通過采用FeRAM技術，汽(qi)(qi)(qi)車制造商可(ke)以大(da)大(da)降(jiang)低系統(tong)(tong)(tong)的(de)復雜性和提高(gao)(gao)(gao)數(shu)據的(de)完整(zheng)性。自2017年開始，富士通半導體先后推出多款可(ke)在高(gao)(gao)(gao)達(da)125℃高(gao)(gao)(gao)溫環境下(xia)運作的(de)車規級FeRAM產品。據悉，這(zhe)些產品已經成功進入(ru)了東風(feng)、金龍、宇通、上汽(qi)(qi)(qi)通用五菱、華晨寶馬(ma)、一汽(qi)(qi)(qi)、御捷、江淮、奇瑞等整(zheng)車廠的(de)諸多Tier-1、Tier-2供應鏈(lian)。目前(qian)FeRAM已被廣(guang)泛應用于新能源汽(qi)(qi)(qi)車的(de)關鍵電子系統(tong)(tong)(tong)，如(ru)安全氣(qi)囊數(shu)據存儲、事故(gu)數(shu)據記錄器(EDR)、新能源汽(qi)(qi)(qi)車CAN盒(he)(CAN-BOX)、新能源車載終端(T-BOX)、胎(tai)壓監測、汽(qi)(qi)(qi)車駕(jia)駛輔助(zhu)系統(tong)(tong)(tong)(ADAS)和導航與信息娛樂系統(tong)(tong)(tong)。
圖5：FeRAM在汽車電子系統上(shang)的應用
滿足差異化市場需求，打造全覆蓋存儲產品陣列
圖(tu)6：FeRAM具有非(fei)常廣泛的(de)應(ying)用場景(jing)
在互聯網(wang)(wang)、物聯網(wang)(wang)、大(da)數(shu)(shu)據(ju)(ju)、云計(ji)算(suan)和人(ren)工智能(neng)(neng)等產業趨勢(shi)下(xia)，自動化(hua)、信息化(hua)、智能(neng)(neng)化(hua)等技術(shu)(shu)加速滲透到生產和生活(huo)的(de)(de)(de)(de)方方面(mian)面(mian)，數(shu)(shu)據(ju)(ju)無處不在。傳統(tong)制造(zao)向智能(neng)(neng)制造(zao)變革，開啟了可(ke)視化(hua)、數(shu)(shu)字化(hua)時代(dai)。“這(zhe)(zhe)也為像(xiang)FeRAM這(zhe)(zhe)樣(yang)(yang)有獨(du)特性能(neng)(neng)優勢(shi)的(de)(de)(de)(de)存(cun)儲(chu)技術(shu)(shu)開拓了大(da)量的(de)(de)(de)(de)市場機(ji)會(hui)，除了前面(mian)提到的(de)(de)(de)(de)電機(ji)數(shu)(shu)據(ju)(ju)存(cun)儲(chu)、汽車數(shu)(shu)據(ju)(ju)存(cun)儲(chu)，以及傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)三表(biao)計(ji)量應用(yong)，像(xiang)這(zhe)(zhe)幾年(nian)火(huo)熱的(de)(de)(de)(de)太陽能(neng)(neng)、風能(neng)(neng)以及儲(chu)能(neng)(neng)等新(xin)興行業應用(yong)都對FeRAM這(zhe)(zhe)樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)性能(neng)(neng)存(cun)儲(chu)提供了海量的(de)(de)(de)(de)應用(yong)需求。”梅(mei)宏飛指出(chu)。
富士通半導體除了可以(yi)提供FeRAM 產(chan)品，還有(you)量產(chan)另外(wai)一種新(xin)型存儲器ReRAM。ReRAM的主(zhu)要(yao)優點是數(shu)據讀取(qu)(qu)次(ci)數(shu)接近無(wu)限，讀取(qu)(qu)電流極小，非常適用(yong)于(yu)一些(xie)對頻繁讀取(qu)(qu)數(shu)據有(you)要(yao)求(qiu)的一些(xie)應用(yong)。此外(wai)，也可以(yi)通過使用(yong)ReRAM來(lai)延(yan)長(chang)電池壽命，是助聽器等醫療設(she)備和(he)智能(neng)手表等小型可穿戴設(she)備的理想選擇。
“富士(shi)(shi)通半導(dao)體一直注重產(chan)品研發能(neng)力的(de)(de)提升，近年來陸續(xu)推出(chu)能(neng)滿足更多應(ying)用場景的(de)(de)產(chan)品，例如更新(xin)(xin)了54MB/s數據(ju)寫(xie)(xie)入能(neng)力的(de)(de)8Mb Quad SPI FeRAM，支持高達100萬億(yi)次寫(xie)(xie)入次數的(de)(de)新(xin)(xin)款(kuan)8Mb FeRAM，量產(chan)可(ke)以工作(zuo)于125℃的(de)(de)FeRAM車規級產(chan)品，等(deng)等(deng)。” 馮逸新(xin)(xin)表示。作(zuo)為(wei)物聯網(wang)設備和(he)服務解決方(fang)案的(de)(de)領先供(gong)應(ying)商，富士(shi)(shi)通半導(dao)體擁(yong)有(you)豐(feng)富的(de)(de)專業知識，使(shi)得(de)其能(neng)夠開發滿足各種需(xu)求(qiu)的(de)(de)高級非易(yi)(yi)失(shi)性存儲(chu)器(qi)需(xu)求(qiu)，除(chu)了已(yi)經獲得(de)超過(guo)40億(yi)顆(ke)應(ying)用的(de)(de)FeRAM，還研發出(chu)了例如以碳納米管為(wei)材料的(de)(de)非易(yi)(yi)失(shi)性存儲(chu)器(qi)（NRAM）。未來，富士(shi)(shi)通半導(dao)體將繼續(xu)提供(gong)高度可(ke)靠的(de)(de)產(chan)品，為(wei)客戶創造(zao)和(he)提供(gong)新(xin)(xin)的(de)(de)價值(zhi)和(he)最佳服務。
