存儲器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)最關(guān)鍵的組件之一，已經(jīng)形成主要由DRAM與NAND Flash構(gòu)成的超千億美元的市場。隨著萬物智聯(lián)時代的到來，人工智能、智能汽車等新興應(yīng)用場景對存儲提出了更高的性能要求，促使新型存儲器迅速發(fā)展，影響未來存儲器市場格局。目前，新型存儲器主要有4種：相變存儲器（PCM），鐵電存儲器（FeRAM），磁性存儲器（MRAM）和阻變存儲器（ReRAM）。其中，F(xiàn)eRAM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(yīng)用前景，世界上許多大的半導(dǎo)體公司對此都十分重視。

加賀富儀艾電子旗下代理品牌富士通半導(dǎo)體正在批量生產(chǎn)具有快速數(shù)據(jù)傳輸功能的 4Mbit FeRAM MB85RQ4ML。這種非易失性存儲器可以在最大 108MHz 的工作頻率下實現(xiàn)每秒 54MByte 的數(shù)據(jù)傳輸率，并具有四個 I/O 引腳的 Quad SPI 接口(圖1)。本產(chǎn)品具有高速運算和非易失性的特點，非常適合用于需要快速數(shù)據(jù)重寫的可編程邏輯控制器(PLC)和路由器等工業(yè)計算和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

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圖 1：MB85RQ4ML 封裝

20 多年來，富士通半導(dǎo)體已量產(chǎn)的 FeRAM 產(chǎn)品，與 EEPROM 和閃存相比，具有更高的讀寫耐久性、更快的寫入速度和更低的功耗。到目前為止，這些高可靠性產(chǎn)品已成功應(yīng)用于工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、消費和汽車領(lǐng)域。

此外，一些客戶一直在要求 FeRAM 可以在非易失性存儲器的同時進行快速數(shù)據(jù)傳輸。我們很高興能夠通過 Quad SPI 4Mbit FeRAM 產(chǎn)品滿足這一要求。

?MB85RQ4ML采用Quad SPI接口和1.8V電源電壓，在108MHz工作頻率下數(shù)據(jù)傳輸速率為54MB/s。在此產(chǎn)品發(fā)布之前，具有 16 個 I/O 引腳的并行接口的 4Mbit FeRAM 是最快的 FeRAM，具有 13MB/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度。然而，MB85RQ4ML 只有四個 I/O 管腳，讀寫數(shù)據(jù)大約是并行接口 FeRAM 的 4 倍(圖3)。?其封裝為 16pin SOP，封裝尺寸為 7.5mm x 10.3mm。

圖 3：數(shù)據(jù)傳輸率比較

如果您在產(chǎn)品中使用閃存、EEPROM 或低功耗 SRAM，并且遇到以下任何問題，請考慮使用富士通半導(dǎo)體的 FeRAM 解決方案。

狀態(tài)：使用閃存 問題：由于寫入耐久性較低，軟件開發(fā)負擔較大

閃存保證幾十萬次的寫周期。如果數(shù)據(jù)被多次寫入內(nèi)存中的同一區(qū)域，該區(qū)域很快就會達到保證寫入周期時間的上限。因此，設(shè)計工程師必須開發(fā)一種名為“wear leveling”的軟件來分配內(nèi)存區(qū)域中的寫入位置，以使數(shù)據(jù)不會多次寫入同一位置。軟件開發(fā)的工作量對設(shè)計工程師來說是一個非常大的負擔。而 FeRAM 保證 10 萬億次讀/寫周期，并且數(shù)據(jù)可以像低功耗 SRAM 一樣被覆蓋到內(nèi)存區(qū)域。這些功能有助于設(shè)計工程師，因為工程師不需要開發(fā)復(fù)雜的數(shù)據(jù)寫入軟件，例如磨損均衡（圖4）。

圖 4：磨損均衡示意圖

狀態(tài)：使用 EEPROM 問題：數(shù)據(jù)寫入時間較長

EEPROM 即使是 8 位數(shù)據(jù)寫入也有 5ms 的寫入周期時間，因為它除了寫入操作之外還包括擦除操作。另一方面，F(xiàn)eRAM 具有較短的寫入時間，例如在 8 位數(shù)據(jù)寫入時為數(shù)百納秒，因為它不需要擦除操作（圖5）。此外，帶有 SPI 接口的 EEPROM 在最高 20MHz 的工作頻率下具有 2.5Mbyte/s 的數(shù)據(jù)傳輸率。而富士通半導(dǎo)體的 Quad SPI FeRAM 有 54Mbyte/s，是 EEPROM 的 20 倍以上。

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圖 5：寫入時間比較

狀態(tài)：使用 SRAM 問題：難以取出電池并減少組件安裝面積

低功耗 SRAM 需要電池來保存數(shù)據(jù)以保存寫入的數(shù)據(jù)，但由于非易失性存儲器，F(xiàn)eRAM 不需要電池。然后，由于 SRAM 有 16 個 I/O 引腳，許多 SRAM 采用 44pin TSOP 封裝形式，但 MB85RQ4ML 采用 16pin SOP 封裝，具有 4 個 I/O 引腳。這意味著，如果您將 SRAM 替換為 FeRAM，您可以通過移除電池并使用更小的封裝來減少 77% 的內(nèi)存安裝面積（圖6）。

圖 6：內(nèi)存安裝區(qū)域比較

綜上所述，如果您在產(chǎn)品中使用傳統(tǒng)存儲器件時遇到任何問題，您可以期待使用 FeRAM 器件來降低成本、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品性能和縮小產(chǎn)品尺寸等。（圖7）

圖 7：FeRAM 的客戶要求和解決方案

在處理大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)市場中，數(shù)據(jù)處理量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的內(nèi)存需要頻繁的數(shù)據(jù)重寫。MB85RQ4ML具有10萬億次讀寫耐久性和高速運行特性，是PLC和路由器等需要連續(xù)重寫設(shè)置數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的理想存儲器。

審核編輯：劉清