【導讀】存儲器是現代信息系統最關(guān)鍵的組件之一，在當前物聯(lián)網(wǎng)與人工智能聯(lián)合推動(dòng)下的數據爆發(fā)時(shí)代，存儲器行業(yè)的“加速鍵”隨之開(kāi)啟。據YOLE統計，自2019年以來(lái)，存儲器成為半導體增速最快的細分行業(yè)，總體市場(chǎng)空間從2019年的1110億美元將增長(cháng)至2025年的1850億美元。細分市場(chǎng)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(chǎng)增速最快，將從5億美元增長(cháng)到40億美元，年復合增長(cháng)率達到42%，發(fā)展潛力巨大。
圖1：全球存儲器市場(chǎng)規模及增速（資料來(lái)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的非易失性作為打破傳統架構限制的新型存儲器（non-volatile RAM），普遍認為在新增市場(chǎng)和新應用中面臨機遇。而其中FeRAM是一種理想的存儲器，在計算機、航天航空、軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，世界上許多大的半導體公司對此都十分重視。 “與EEPROM和閃存等現有類(lèi)型的非易失性存儲器相比，FeRAM具有高寫(xiě)入速度、高讀/寫(xiě)耐久性和低功耗的特點(diǎn)，廣泛應用于IC卡、RFID標簽、功率計和工業(yè)機械等，同時(shí)由于其尺寸小的特性也非常適合可穿戴設備和傳感器網(wǎng)絡(luò )?！奔淤R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體存儲器解決方案有限公司于 1995 年已開(kāi)始研發(fā) FeRAM 存儲器，至 1999 年成功量產(chǎn)推向市場(chǎng)，迄今已有 20多年的量產(chǎn)經(jīng)驗，出貨量累計超過(guò)40億顆。
智能制造數據先行，高頻存儲很關(guān)鍵
數據是制造業(yè)提高核心能力、整合產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵，也是實(shí)現從要素驅動(dòng)向創(chuàng )新驅動(dòng)轉型的有力手段。數據所帶來(lái)的核心價(jià)值在于可以真實(shí)地反映和描述生產(chǎn)制造過(guò)程，這也就為制造過(guò)程的分析和優(yōu)化提供了全新的手段與方法。因此，數據驅動(dòng)也可以說(shuō)是實(shí)現智能制造的關(guān)鍵步驟。作為制造業(yè)的心臟，傳統的電機控制平臺已經(jīng)不能滿(mǎn)足現代制造商對電機的控制和保護的要求，工廠(chǎng)中多臺電機運轉產(chǎn)生的電流、電壓以及振動(dòng)的波形數據具有海量、高頻、分散的特點(diǎn)，因此以對海量數據進(jìn)行存儲和分析為核心的大數據在電機管理系統中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。
圖2：FeRAM應用之旋轉編碼器
“與傳統的非易失性存儲器如EEPROM相比，富士通半導體FeRAM的優(yōu)勢主要體現在高速讀寫(xiě)、高耐久性和低功耗等方面。高速讀寫(xiě)可確保實(shí)時(shí)存儲，可幫助系統設計者解決實(shí)時(shí)存儲數據和幫助系統設計者解決了突然斷電數據丟失的問(wèn)題；高耐久性的特點(diǎn)，可以實(shí)現頻繁記錄操作歷史和系統狀態(tài)；低功耗主要指寫(xiě)入時(shí)不需要高電壓，功耗消耗相比傳統存儲器減少90%以上?！?梅宏飛表示。富士通半導體具有快速數據傳輸功能的8Mbit FeRAM，在高達105℃的高溫環(huán)境中，能夠以最大108MHz的工作頻率實(shí)現每秒54MB的快速數據傳輸速率。該類(lèi)產(chǎn)品具有高速運行和非易失性特性，是高性能計算 （HPC）、數據中心和工業(yè)計算（如可編程邏輯控制器 （PLC）、人機界面 （HMI） 和 RAID 控制器）的理想選擇。
圖3：FeRAM應用之PLC
BMS運行參數實(shí)時(shí)監測，可靠、高耐久性是“剛需”
近年來(lái)，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(cháng)帶動(dòng)了相關(guān)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，由于采用電力驅動(dòng)，新能源汽車(chē)的結構有別于傳統的燃油汽車(chē)，動(dòng)力電池、電池管理系統（BMS）、整車(chē)控制單元（VCU）三大系統成為汽車(chē)的核心功能部件。這些關(guān)鍵部件無(wú)時(shí)無(wú)刻不產(chǎn)生特征數據，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)品管理部總監馮逸新認為：“無(wú)論是BMS還是VCU，這些系統都需要實(shí)時(shí)、連續地對當前狀態(tài)信息進(jìn)行監控、記錄和分析處理，因此需要提高存儲器性能和耐久性設計。非易失性、高速讀寫(xiě)、高讀寫(xiě)耐久性的車(chē)規級FeRAM很好的滿(mǎn)足了這些對可靠性和無(wú)遲延的要求”。
BMS是連接車(chē)載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數實(shí)時(shí)監測；電池狀態(tài)估計；在線(xiàn)診斷與預警；充、放電與預充控制；均衡管理和熱管理等等?！芭e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)?！?馮逸新解釋道。這也就意味著(zhù)，BMS的數據記錄與寫(xiě)入同樣非常頻繁，對非易失性存儲器的寫(xiě)入次數要求比較高。同時(shí)在實(shí)際工作中，BMS系統不僅會(huì )以每秒或每0.1秒的頻率去記錄電池單元的電壓、溫度和電流等當前數據，而且要監控電池的短期（最后幾個(gè)充電周期）和長(cháng)期（整個(gè)使用壽命）的狀態(tài)，這對最大程度延長(cháng)電池使用壽命至關(guān)重要?！搬槍@些獨特要求，還需要提高存儲器性能和耐久性設計，因此非易失性、高耐久性、高速的車(chē)規級FeRAM是BMS的理想選擇?！?馮逸新指出。
圖4：FeRAM應用之電池管理系統BMS
通過(guò)采用FeRAM技術(shù)，汽車(chē)制造商可以大大降低系統的復雜性和提高數據的完整性。自2017年開(kāi)始，富士通半導體先后推出多款可在高達125℃高溫環(huán)境下運作的車(chē)規級FeRAM產(chǎn)品。據悉，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(chē)廠(chǎng)的諸多Tier-1、Tier-2供應鏈。目前FeRAM已被廣泛應用于新能源汽車(chē)的關(guān)鍵電子系統，如安全氣囊數據存儲、事故數據記錄器(EDR)、新能源汽車(chē)CAN盒(CAN-BOX)、新能源車(chē)載終端(T-BOX)、胎壓監測、汽車(chē)駕駛輔助系統(ADAS)和導航與信息娛樂(lè )系統。
圖5：FeRAM在汽車(chē)電子系統上的應用
滿(mǎn)足差異化市場(chǎng)需求，打造全覆蓋存儲產(chǎn)品陣列
圖6：FeRAM具有非常廣泛的應用場(chǎng)景
在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算和人工智能等產(chǎn)業(yè)趨勢下，自動(dòng)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，數據無(wú)處不在。傳統制造向智能制造變革，開(kāi)啟了可視化、數字化時(shí)代?！斑@也為像FeRAM這樣有獨特性能優(yōu)勢的存儲技術(shù)開(kāi)拓了大量的市場(chǎng)機會(huì )，除了前面提到的電機數據存儲、汽車(chē)數據存儲，以及傳統的三表計量應用，像這幾年火熱的太陽(yáng)能、風(fēng)能以及儲能等新興行業(yè)應用都對FeRAM這樣的高性能存儲提供了海量的應用需求?！泵泛觑w指出。
富士通半導體除了可以提供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)是數據讀取次數接近無(wú)限，讀取電流極小，非常適用于一些對頻繁讀取數據有要求的一些應用。此外，也可以通過(guò)使用ReRAM來(lái)延長(cháng)電池壽命，是助聽(tīng)器等醫療設備和智能手表等小型可穿戴設備的理想選擇。
“富士通半導體一直注重產(chǎn)品研發(fā)能力的提升，近年來(lái)陸續推出能滿(mǎn)足更多應用場(chǎng)景的產(chǎn)品，例如更新了54MB/s數據寫(xiě)入能力的8Mb Quad SPI FeRAM，支持高達100萬(wàn)億次寫(xiě)入次數的新款8Mb FeRAM，量產(chǎn)可以工作于125℃的FeRAM車(chē)規級產(chǎn)品，等等?！?馮逸新表示。作為物聯(lián)網(wǎng)設備和服務(wù)解決方案的領(lǐng)先供應商，富士通半導體擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識，使得其能夠開(kāi)發(fā)滿(mǎn)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(guò)40億顆應用的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(lái)，富士通半導體將繼續提供高度可靠的產(chǎn)品，為客戶(hù)創(chuàng )造和提供新的價(jià)值和最佳服務(wù)。
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