【導讀】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動下的數據爆發時代，存儲器行業的“加速鍵”隨之開啟。據YOLE統計，自2019年以來，存儲器成為半導體增速最快的細分行業，總體市場空間從2019年的1110億美元將增長至2025年的1850億美元。細分市場中，以FeRAM（鐵電存儲）和ReRAM（電阻式存儲）為代表的新型存儲器市場增速最快，將從5億美元增長到40億美元，年復合增長率達到42%，發展潛力巨大。
圖1：全球存儲器市場規模及增速（資料來源：YOLE）
業界將相變存儲器、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和閃存等現有類型的非易失性存儲器相比，FeRAM具有高寫入速度、高讀/寫耐久性和低功耗的特點，廣泛應用于IC卡、RFID標簽、功率計和工業機械等，同時由于其尺寸小的特性也非常適合可穿戴設備和傳感器網絡。”加賀富儀艾電子（上海）有限公司產品經理梅宏飛表示。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 年已開始研發 FeRAM 存儲器，至 1999 年成功量產推向市場，迄今已有 20多年的量產經驗，出貨量累計超過40億顆。
智能制造數據先行，高頻存儲很關鍵
數據是制造業提高核心能力、整合產業鏈的關鍵，也是實現從要素驅動向創新驅動轉型的有力手段。數據所帶來的核心價值在于可以真實地反映和描述生產制造過程，這也就為制造過程的分析和優化提供了全新的手段與方法。因此，數據驅動也可以說是實現智能制造的關鍵步驟。作為制造業的心臟，傳統的電機控制平臺已經不能滿足現代制造商對電機的控制和保護的要求，工廠中多臺電機運轉產生的電流、電壓以及振動的波形數據具有海量、高頻、分散的特點，因此以對海量數據進行存儲和分析為核心的大數據在電機管理系統中發揮著越來越大的作用。
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的優勢主要體現在高速讀寫、高耐久性和低功耗等方面。高速讀寫可確保實時存儲，可幫助系統設計者解決實時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題；高耐久性的特點，可以實現頻繁記錄操作歷史和系統狀態；低功耗主要指寫入時不需要高電壓，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℃的高溫環境中，能夠以最大108MHz的工作頻率實現每秒54MB的快速數據傳輸速率。該類產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運行參數實時監測，可靠、高耐久性是“剛需”
近年來，新能源汽車銷量的快速增長帶動了相關汽車電子產業鏈的發展，由于采用電力驅動，新能源汽車的結構有別于傳統的燃油汽車，動力電池、電池管理系統（BMS）、整車控制單元（VCU）三大系統成為汽車的核心功能部件。這些關鍵部件無時無刻不產生特征數據，高性能存儲器成為這些核心部件不可或缺的關鍵元件。加賀富儀艾電子（上海）有限公司產品管理部總監馮逸新認為：“無論是BMS還是VCU，這些系統都需要實時、連續地對當前狀態信息進行監控、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、高讀寫耐久性的車規級FeRAM很好的滿足了這些對可靠性和無遲延的要求”。
BMS是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數實時監測；電池狀態估計；在線診斷與預警；充、放電與預充控制；均衡管理和熱管理等等。“舉個簡單的例子，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來，這時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間不能間隔太長。” 馮逸新解釋道。這也就意味著，BMS的數據記錄與寫入同樣非常頻繁，對非易失性存儲器的寫入次數要求比較高。同時在實際工作中，BMS系統不僅會以每秒或每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（最后幾個充電周期）和長期（整個使用壽命）的狀態，這對最大程度延長電池使用壽命至關重要。“針對這些獨特要求，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
通過采用FeRAM技術，汽車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年開始，富士通半導體先后推出多款可在高達125℃高溫環境下運作的車規級FeRAM產品。據悉，這些產品已經成功進入了東風、金龍、宇通、上汽通用五菱、華晨寶馬、一汽、御捷、江淮、奇瑞等整車廠的諸多Tier-1、Tier-2供應鏈。目前FeRAM已被廣泛應用于新能源汽車的關鍵電子系統，如安全氣囊數據存儲、事故數據記錄器(EDR)、新能源汽車CAN盒(CAN-BOX)、新能源車載終端(T-BOX)、胎壓監測、汽車駕駛輔助系統(ADAS)和導航與信息娛樂系統。
圖5：FeRAM在汽車電子系統上的應用
滿足差異化市場需求，打造全覆蓋存儲產品陣列
圖6：FeRAM具有非常廣泛的應用場景
在互聯網、物聯網、大數據、云計算和人工智能等產業趨勢下，自動化、信息化、智能化等技術加速滲透到生產和生活的方方面面，數據無處不在。傳統制造向智能制造變革，開啟了可視化、數字化時代。“這也為像FeRAM這樣有獨特性能優勢的存儲技術開拓了大量的市場機會，除了前面提到的電機數據存儲、汽車數據存儲，以及傳統的三表計量應用，像這幾年火熱的太陽能、風能以及儲能等新興行業應用都對FeRAM這樣的高性能存儲提供了海量的應用需求。”梅宏飛指出。
富士通半導體除了可以提供FeRAM 產品，還有量產另外一種新型存儲器ReRAM。ReRAM的主要優點是數據讀取次數接近無限，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，也可以通過使用ReRAM來延長電池壽命，是助聽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品研發能力的提升，近年來陸續推出能滿足更多應用場景的產品，例如更新了54MB/s數據寫入能力的8Mb Quad SPI FeRAM，支持高達100萬億次寫入次數的新款8Mb FeRAM，量產可以工作于125℃的FeRAM車規級產品，等等。” 馮逸新表示。作為物聯網設備和服務解決方案的領先供應商，富士通半導體擁有豐富的專業知識，使得其能夠開發滿足各種需求的高級非易失性存儲器需求，除了已經獲得超過40億顆應用的FeRAM，還研發出了例如以碳納米管為材料的非易失性存儲器（NRAM）。未來，富士通半導體將繼續提供高度可靠的產品，為客戶創造和提供新的價值和最佳服務。
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