富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監馮逸新也在近日的一次活動(dòng)中表示：“隨著(zhù)新基建的部署，充電樁的普及將快速促進(jìn)新能源汽車(chē)的普及，無(wú)論是樁側還是車(chē)側，未來(lái)都將催生更多的高性能存儲應用需求。”該公司作為非易失性?xún)却鍲RAM的市場(chǎng)主力提供商，正以滿(mǎn)足汽車(chē)市場(chǎng)需求最佳的性能迎來(lái)市場(chǎng)增長(cháng)的甜蜜期。作為已經(jīng)量產(chǎn)FRAM 20年之久，出貨超過(guò)41億顆的富士通，其自2017年開(kāi)始先后推出多款可在高達125℃高溫環(huán)境下運作的車(chē)規級FRAM產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)僅僅兩年時(shí)間的市場(chǎng)推廣，目前已成功打入了東風(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(chē)廠(chǎng)的諸多Tier-1、Tier-2供應鏈。

 

富士通AEC-Q100 Grade 1車(chē)規級FRAM產(chǎn)品線(xiàn)

 

極高耐久性、可靠性和極低遲延，特別的存儲器給特別的汽車(chē)應用

 

隨著(zhù)5G、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等概念的興起，整車(chē)ADAS、車(chē)載娛樂(lè )等功能正逐漸成為新一代智能汽車(chē)的標配，而多傳感器融合以及大屏、多屏顯示賦能下的車(chē)載軟硬件系統無(wú)疑需要搭載更多的車(chē)載存儲器。同時(shí)，這些存儲器由于分布于各種不同類(lèi)型的車(chē)載終端和硬件系統當中充當圖像、視頻甚至語(yǔ)音等數據內容的核心載體，其用量以及數據儲存特性方面的需求往往大相徑庭——或者經(jīng)常進(jìn)行數據擦寫(xiě)，或者需要更長(cháng)的循環(huán)壽命，或者需要超高可靠性，等等。所以，要想成功打入車(chē)載存儲市場(chǎng)，幾乎沒(méi)有一個(gè)完全的方案，獨特性能滿(mǎn)足特定應用場(chǎng)景存儲需求的細分市場(chǎng)受到關(guān)注。

 

以新能源汽車(chē)中最核心技術(shù)之一VCU（整車(chē)控制單元）為例，VCU是整個(gè)控制系統的核心，通過(guò)采集電機及電池狀態(tài)、加速踏板信號、制動(dòng)踏板信號及其它執行器傳感器控制器信號，可根據駕駛員的駕駛意圖綜合分析并做出相應判定后，監控下層的各部件控制器的動(dòng)作。它負責汽車(chē)的正常行駛、制動(dòng)能量回饋、整車(chē)發(fā)動(dòng)機及動(dòng)力電池的能量管理、網(wǎng)絡(luò )管理、故障診斷及處理、車(chē)輛狀態(tài)監控等，從而保證整車(chē)在較好的動(dòng)力性、較高經(jīng)濟性及可靠性狀態(tài)下正常穩定的工作，可謂是汽車(chē)的大腦。

 

FRAM在整車(chē)控制單元VCU中的應用

 

“VCU系統需要以每秒一次的速度去記錄汽車(chē)行駛的當前狀態(tài)以及發(fā)生故障時(shí)的變速器擋位、加速狀況、剎車(chē)和輸出扭矩等信息，而采用FRAM可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行存儲與讀取，同時(shí)保證高速和高可靠性。”馮逸新介紹道。今年5月，富士通最新推出了車(chē)規級產(chǎn)品MB85RS2MLY，可在-40°C至+125°C溫度范圍內達到10兆次讀/寫(xiě)次數，非常適合需要實(shí)時(shí)數據記錄的應用（比如連續10年每天每0.1秒記錄一次數據，則寫(xiě)入次數將超過(guò)30億），可謂具有極高的數據寫(xiě)入耐久性和可靠性。

 

這些特性對于作為新能源汽車(chē)另一大核心技術(shù)的BMS（電池管理系統）來(lái)說(shuō)同樣至關(guān)重要。BMS需要實(shí)時(shí)記錄數據和存儲數據，其系統將以每秒或每0.1秒的頻率實(shí)時(shí)和連續地記錄電池單元的重要數據（故障信息，健康狀況SOH和電量計量SOC等），同時(shí)監控電池的短期（最后幾個(gè)充電周期60次/秒）和長(cháng)期（整個(gè)電池壽命）電池性能。據馮逸新介紹：“舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，電池單元電量一般維持在30%~75%之間表示正常運作，如有不均衡的情況則需從別的單元補充過(guò)來(lái)，這時(shí)系統需要檢測記錄電池單元的電量、溫度、電壓、電流等等數據，而且單次監測記錄的時(shí)間不能間隔太長(cháng)。“

 

因此，通過(guò)采用FRAM，汽車(chē)制造商能夠大幅降低系統復雜度并提高數據完整性。事實(shí)上，FRAM的身影目前已經(jīng)遍布諸如安全氣囊數據儲存(Airbag)、事故數據記錄器(EDR)、新能源車(chē)CAN盒子(CAN-BOX)、新能源車(chē)載終端(T-BOX)、胎壓監測(TPMS)、汽車(chē)駕駛輔助系統(ADAS)及導航與信息娛樂(lè )系統(infotainment)等新能源汽車(chē)關(guān)鍵電子系統。

 

車(chē)規級FRAM，是滿(mǎn)足汽車(chē)電子可靠性和無(wú)遲延要求的最佳存儲器選擇

 

他山之石可以攻玉，FRAM這樣應對充電樁存儲痛點(diǎn)

 

今年3月，中國提出要求加快5G網(wǎng)絡(luò )、數據中心等新型基礎設施建設進(jìn)度，在隨后披露的新型基礎設施建設七大領(lǐng)域中，新能源充電樁名列其中。據《賽迪顧問(wèn)》數據顯示，截止2019年12月中國充電樁保有量達到121.9萬(wàn)臺，車(chē)樁比約為3.4：1，遠低于《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施發(fā)展指南（2015-2020）》規劃的1：1，保守估計未來(lái)10年，中國充電樁建設缺口將高達6300萬(wàn)。相比加油站，充電樁能夠承載更多的信息，除電流外，還有信息流、資金流等等。作為車(chē)聯(lián)網(wǎng)數據采集的重要端口，充電樁網(wǎng)絡(luò )的大面積建成必將成為未來(lái)社會(huì )交通系統的重要信息平臺。

 

因此，充電樁數據的記錄和存儲非常重要。作為給新能源汽車(chē)提供電能的配套產(chǎn)品，充電樁在運行過(guò)程中需要處理大量的參數，通過(guò)系統監測數據和事件信息，實(shí)現設備集中遠程監控，為設備故障診斷提供必要的數據支持，也為電站綜合管理提供全面的統計數據和各類(lèi)統計報表。為此，所有數據必須進(jìn)行統一的采集、查看和分析，并提供設備運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監測、危險警告與通知、數據查詢(xún)分析、設備運行總額和管理等功能。

 

“充電樁生產(chǎn)商需要挑選合適的存儲產(chǎn)品予以應對，其數據存儲的應用需求與智能表計非常相似。”馮逸新指出，“目前，FRAM存儲器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標準存儲器被廣泛采用，其具備的三大優(yōu)勢是許多同類(lèi)型存儲器無(wú)法比擬的。”馮逸新所說(shuō)的FRAM三大優(yōu)勢分別是高速寫(xiě)入、耐久性以及低功耗。與EEPROM對比，FRAM寫(xiě)入次數壽命高達10萬(wàn)億次，而EEPROM僅有百萬(wàn)次(10^6)。富士通FRAM寫(xiě)入數據可在150ns內完成，速度約為EEPROM的30,000倍。寫(xiě)入一個(gè)字節數據的功耗僅為150nJ，約為EEPROM的1/400，在電池供電應用中具有巨大的優(yōu)勢。

 

FRAM、EEPROM、FLASH主要參數對比

 

FRAM不僅能夠進(jìn)行高速寫(xiě)入，同樣也能夠實(shí)現高速擦除。以保障數據安全為例，若遇到黑客違法盜取及分析充電樁的機密數據，將導致大范圍的信息泄露。對此，低功耗和高速的FRAM可以利用小型電池電源，瞬間消去重要數據，從而確保用戶(hù)的信息安全。這時(shí)，FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時(shí)間內擦除256bit的數據，相比EEPROM擁有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

 

FRAM、EEPROM、FLASH工作電流與消去時(shí)間對比

 

滿(mǎn)足差異化市場(chǎng)需求，打造全覆蓋存儲產(chǎn)品陣列

盡管FRAM比傳統的Flash、EEPROM在讀寫(xiě)耐久性、寫(xiě)入的速度和功耗等方面都更具有優(yōu)勢，但其同樣有著(zhù)成本較高、容量不高的不足。為此，富士通重點(diǎn)推出了可與FRAM產(chǎn)品形成市場(chǎng)互補的另外兩大存儲產(chǎn)品——可變電阻式隨機存取內存ReRAM和納米隨機存儲器NRAM，以滿(mǎn)足更多差異化需求。

 

ReRAM可以實(shí)現對大容量EEPROM的完全替代。2019年8月富士通成功研發(fā)MB85AS8MT——這是全球最高密度8Mbit ReRAM產(chǎn)品，其采用SPI介面并與EEPROM相容的非揮發(fā)性記憶體，能在1.6至3.6伏特之間的廣泛電壓范圍運作，在5MHz工作頻率下僅需0.15mA讀取資料。“目前全球只有兩家公司能夠量產(chǎn)ReRAM,富士通是其中之一。”馮逸新說(shuō)到，“EEPROM容量最大只有2Mb，且在一些情況下功耗太高。我們量產(chǎn)的4Mb、8Mb產(chǎn)品可以滿(mǎn)足有這些需求的EEPROM客戶(hù)，同時(shí)能保證價(jià)格與EEPROM 2Mb接近。”

 

富士通ReRAM推出時(shí)間

 

按照規劃，富士通預計會(huì )在2021年前后帶來(lái)16Mbit甚至32Mbit ReRAM產(chǎn)品，屆時(shí)將進(jìn)一步滿(mǎn)足企業(yè)和客戶(hù)對各種特殊應用的需求。

 

NRAM則兼具FRAM的高速寫(xiě)入、高讀寫(xiě)耐久性（比NOR Flash高1000倍），又具備與NOR Flash相當的大容量與造價(jià)成本并實(shí)現很低的功耗（待機模式時(shí)功耗幾乎為零），同時(shí)可靠性非常高，在80度時(shí)存儲數據時(shí)限高達1000年，在300度時(shí)亦可達到10年。談到NRAM在車(chē)載存儲的應用時(shí)，馮逸新指出：“目前的基于FRAM的車(chē)規級IC高溫承受范圍在125度，而NRAM卻可以達到150度，因此，未來(lái)基于NRAM的IC身影將有望出現在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機中。”作為NRAM的第一代產(chǎn)品，富士通16Mbit的DDR3 SPI接口產(chǎn)品最快將于2020年底上市。

 

可以看到，通過(guò)打造完善的FRAM、ReRAM、NRAM三線(xiàn)產(chǎn)品陣列，富士通能夠實(shí)現對于傳統存儲產(chǎn)品EEPROM和NOR FLASH的完全替代，屆時(shí)勢必引發(fā)存儲行業(yè)的新一輪洗牌。

 

總結

 

可以預見(jiàn)，未來(lái)汽車(chē)半導體市場(chǎng)需求將產(chǎn)生極大增量，特別是2020年注定將是國內新能源汽車(chē)相關(guān)電子產(chǎn)品市場(chǎng)與技術(shù)變革的關(guān)鍵一年。據馮逸新介紹，未來(lái)汽車(chē)自動(dòng)駕駛的發(fā)展注定越來(lái)越廣，對數據處理和存儲的要求將會(huì )達到非常高的程度。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)存儲領(lǐng)域，富士通會(huì )推出更多產(chǎn)品線(xiàn)，使三大技術(shù)加持的相關(guān)產(chǎn)品能夠應對日漸豐富的汽車(chē)等級和應用場(chǎng)景，為客戶(hù)提供更多選擇。

 

 

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