當今，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已對所有行業(yè)產(chǎn)生了影響，而且有望到2020年成為一個(gè)1.7萬(wàn)億美元的市場(chǎng)。IoT領(lǐng)域建立在云計算以及由移動(dòng)、虛擬和即時(shí)連接搭建的數據采集傳感器網(wǎng)絡(luò )的基礎之上。行業(yè)專(zhuān)家認為，它將讓我們生活中的一切變得更加“智能”。IoT已經(jīng)滲透至各行各業(yè)：從工廠(chǎng)自動(dòng)化到點(diǎn)播娛樂(lè )和可穿戴設備。但在大多數情況下，這個(gè)龐大的智能設備互聯(lián)系統在改變我們的工作方式方面還未充分發(fā)揮其全部潛能。

 

IoT無(wú)疑是推動(dòng)半導體行業(yè)和嵌入式系統發(fā)展的新動(dòng)力。它的誕生推升了市場(chǎng)對眾多新使能技術(shù)的需求，其中包括：

 

 

隨著(zhù)芯片朝著(zhù)更小尺寸的工藝節點(diǎn)邁進(jìn)，此前相對不引人注目而現在變得愈發(fā)顯眼的一個(gè)半導體細分市場(chǎng)就是存儲器。物聯(lián)網(wǎng)及其艾字節數量級的數據流量正在推升市場(chǎng)對高性能、低功耗、超小封裝的存儲器的需求。IoT對半導體－尤其是存儲器的－強加的另一個(gè)約束就是安全性和可靠性要求。大量隱私信息將被存儲在可穿戴設備、服務(wù)器和其它物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)上。

 

過(guò)去十年來(lái)，存儲器領(lǐng)域被分為兩個(gè)截然不同的產(chǎn)品家族：即快速和低功耗存儲器，每個(gè)都有其自身的特性、應用和定價(jià)。只要愿意犧牲功耗甚至尺寸，OEM就能找到高速度性能的存儲器產(chǎn)品。對于需要低功耗的易失性和非易失性存儲器而言，反之亦然。

 

但是，IoT改變了市場(chǎng)對存儲器的要求?，F在的需求是高性能、低功耗器件。這些器件被要求能夠使用便攜式電源執行復雜的運算。它們還必需盡量縮減引腳數量和外形尺寸。通過(guò)內置深度關(guān)機、深度睡眠等低功耗模式，同時(shí)提供一代高于一代的性能（即時(shí)鐘頻率和特性集），微控制器已可以滿(mǎn)足這些要求。為了與微控制器保持同步，存儲器一定不能讓設計人員擔憂(yōu)性能和功耗之間的取舍。

 

本文將聚焦于存儲器在已受IoT影響的一個(gè)領(lǐng)域―零售購物領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢。在借助IoT給消費者帶來(lái)便利方面，這個(gè)2萬(wàn)億美元的市場(chǎng)蘊含著(zhù)巨大潛力。零售是世界上競爭最為激烈的行業(yè)之一，數百萬(wàn)個(gè)零售商爭奪一個(gè)成熟客戶(hù)群，因此利潤率很低。大型商場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始利用物聯(lián)網(wǎng)吸引客戶(hù)，為他們提供個(gè)性化購物體驗。零售商正在整合商場(chǎng)中的所有設備、公司總部云端資源。最終目標是一個(gè)互聯(lián)商場(chǎng)，它能夠利用所采集的數據進(jìn)行促銷(xiāo)、打造客戶(hù)忠誠度、管理庫存和提升運營(yíng)效率。

 

當今的消費者正在廣泛使用互聯(lián)網(wǎng)影響他們的購物決策：從研究產(chǎn)品到網(wǎng)上購物再到評論產(chǎn)品。在利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行購物方面，零售商已經(jīng)落后于消費者。為了跟上消費者的步伐，零售商正在關(guān)聯(lián)零售的物理和在線(xiàn)層面，從而讓每一次互動(dòng)都有回報，以便讓他們的商場(chǎng)變得更加“智能”。

 

 

IoT已給零售領(lǐng)域帶來(lái)的一個(gè)顯著(zhù)影響就是智能銷(xiāo)售點(diǎn)（POS）終端。POS終端在某種意義上就是零售商使用IoT的中心節點(diǎn)。很多領(lǐng)先的“智能”商場(chǎng)利用POS數據了解客戶(hù)的購物趨勢，實(shí)時(shí)追蹤庫存，并幫助在線(xiàn)購物者準確確定產(chǎn)品的本地存貨情況。它們還能幫助零售商根據客戶(hù)購買(mǎi)特定物品的頻率為他們提供定制建議。

 

為了追蹤購物者的購物統計數據，智能POS終端需要連接掃描儀。這意味著(zhù)智能POS終端必須處理數倍于傳統POS終端所處理的數據。很多最新型號的智能POS終端采用了主頻達到Ghz級別的最新的ARM處理器。與此同時(shí)，這些終端大多是由電池供電的便攜式設備，換句話(huà)說(shuō)，這些系統需要盡可能地少用電。此外，由于所傳輸的數據是高度個(gè)人化的數據，因此要求最高級別的數據完整性，即需要使用比傳統終端更為嚴格的加密標準。最后，還要采用所有POS終端都采用的標準的故障安全技術(shù)（如lockout模式）。

 

POS終端采用多種類(lèi)型的存儲器：用于非易失性數據存儲的閃存，用于高速緩存的DRAM，以及用于微控制器存儲擴展和電池備份配置數據日志的SRAM。有時(shí)甚至會(huì )使用一個(gè)外置的MMC。圖1顯示了一個(gè)典型POS終端設計的框圖，為了滿(mǎn)足智能POS終端的要求，存儲器應提供最高的可靠性和足夠的帶寬。不僅如此，為了滿(mǎn)足便攜要求，存儲器還必須具備低功耗、小尺寸的特點(diǎn)。

 

過(guò)去，存儲器的發(fā)展一直試圖結合快速的存取速度、低功耗和小尺寸特性。但是，隨著(zhù)Octi-SPI、HyperBus™等新一代低引腳數接口的問(wèn)世，現在出現了能夠媲美甚至超過(guò)快速存取式存儲器的帶寬，同時(shí)匹敵低功耗存儲器的功耗，并使用最低數量的微控制器引腳的存儲器。從微控制器傳承到SRAM等存儲器的另一項創(chuàng )新技術(shù)就是引入了深度睡眠模式。例如，賽普拉斯的PowerSnooze™ SRAM就是一種深度睡眠能效媲美Micropower SRAM的Fast SRAM。

 

圖1：這是現代POS終端的框圖。所使用的存儲器包括閃存、SRAM、DRAM和SD/MMC插槽。

 

讓我們比較一下兩種常用SRAM－Fast和Micropower，以及具備深度睡眠模式的Fast SRAM的功耗和存取時(shí)間。

 

 

通過(guò)結合快速存取和深度睡眠特性，這些存儲器能夠媲美SRAM的速度和低功耗SRAM的能效。在SRAM在大多數時(shí)間處于待機狀態(tài)的應用中，這種結合的優(yōu)勢更加顯著(zhù)。

 

在使用SRAM記錄配置數據的一個(gè)典型POS終端中，SRAM的運行時(shí)間只占總工作時(shí)間的20%。如果這個(gè)SRAM是工作電壓為3.3V的Fast SRAM，它工作時(shí)將消耗120瓦時(shí)（WH）的電能，待機時(shí)將消耗80 WH的電能，總能耗為200 WH。如果是一個(gè)具備深度睡眠模式的Fast SRAM，工作時(shí)仍消耗120 WH的電能，但待機時(shí)能耗降至0.06 WH，因此總能耗約為121 WH。在這個(gè)具體的例子中，深度睡眠選項將能耗降低了40%。

 

對于一顆240mAH的板載紐扣電池而言，一個(gè)處于待機狀態(tài)的16Mb Fast SRAM將能讓電池續航超過(guò)12小時(shí)，而一個(gè)處于待機狀態(tài)的低功耗SRAM將能讓電池續航超過(guò)3年，但后者的局限是存儲速度較慢。此時(shí)，一個(gè)具備深度睡眠模式的Fast SRAM與低功耗SRAM相比優(yōu)勢顯著(zhù)，其帶寬是后者的4倍多（即10ns存取時(shí)間vs. 45ns存取時(shí)間），而且沒(méi)有功耗代價(jià)。盡管如此，無(wú)論是MCU或SRAM，使用深度睡眠模式時(shí)應考慮一個(gè)因素：進(jìn)入和退出深度睡眠模式的時(shí)間。如果兩個(gè)工作周期之間的時(shí)間間隔與SRAM進(jìn)入或退出深度睡眠模式所用時(shí)間相比太短，那么這種方法將會(huì )無(wú)用。例如，對于賽普拉斯出品的具備深度睡眠模式的Fast SRAM而言，這個(gè)時(shí)間間隔是300µs（最大）。這可能是推廣具備深度睡眠模式的Fast SRAM的最大障礙。

 

存儲器領(lǐng)域的另一個(gè)有趣趨勢是：隨著(zhù)閃存變得越來(lái)越快，對高速緩存的需求正在發(fā)生改變。很多需要RAM的微控制器工藝現在可以利用XIP（Execute In Place）在閃存上實(shí)現。這意味著(zhù)RAM越來(lái)越多被用于擴展內存或電池系統備份。與此同時(shí)，已被運用于這兩種應用的SRAM正在增加容量選擇。換句話(huà)說(shuō)，傳統上首選的DRAM正變得越來(lái)越不重要，因為就像容量更大、速度更快、功耗更低的閃存可以滿(mǎn)足大型存儲的需求那樣，容量更高、功耗更低、尺寸更小的SRAM也可以滿(mǎn)足小型存儲的需求。

 

 

用于構筑智能購物體驗的還有很多其它組件：各種類(lèi)型的傳感器、電子貨架標簽及信標、存儲設備以及用于處理所采集數據的數據處理終端。在一篇文章中探討所有這些設備的應用和內存需求難度很大。我計劃在近期探討這些設備的內存需求。但是，基本的要求不變，即低功耗、高速、小尺寸和高可靠性。

 

本文轉載自電子技術(shù)設計。