2018年05月05日 | 富士通分享三大存储技术 各具独特堪称黑马技术

大数据、云计算、物联网的爆发让存储市场火爆异常，价格一涨再涨，从手机、电脑、汽车、到玩具，几乎所有电子产品等离不开存储器，而尤其可穿戴、医疗、工业设备更离不开高性能、高耐久性以及低功耗特性的关键数据存储。作为系统关键组成部分，存储性能至关重要。面对市场上参差不齐的存储器，选择的方向是什么？未来，存储技术的创新又该从哪些方面下手呢？

在第七届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2018产业和技术展望研讨会上，富士通电子元器件产品管理部总监冯逸新就富士通对非易失性存储器的策略以及创新方向为大家做了分享。“FRAM（铁电存储器）用于数据记录；NRAM（碳纳米管存储）用于数据记录和电码储存， 还可替代NOR Flash；ReRAM（电阻式记忆体）可替代大容量EEPROM。”在详细介绍富士通三大存储技术之前，冯逸新首先介绍了它们各自的市场定位，三大各具独特性能的存储技术有望在各类电子产品市场中扮演黑马角色。

表计、物联网等应用之外，FRAM全面拓展汽车与无电池应用

FRAM的三大优势我们都很熟悉——耐久性、高速写入、低功耗。什么是耐久性？冯逸新举了个例子，假设写入频率是1秒/次，如果产品寿命是十年，那么在十年中写入耐久性大概需要3.2亿次。很显然，EEPROM和Flash都是满足不了的。

FRAM 优于 EEPROM和Flash的耐久性。

FRAM的写入速度有多高呢？就写入一个数据时间来讲，FRAM的速度大概是EEPROM的1/3000。也就是说，如果一个系统用一个主控加一个硬 FRAM，发生掉电的时候，数据是不会丢失的。集这么多优点于一身的FRAM 都可以应用在哪些方面呢？冯逸新表示富士通的FRAM 已经广泛应用到了智能表计系统、物联网（IoT）、医疗电子等等。随着车规FRAM产品的推出，目前FRAM已经全面进入无电池引用以及汽车电子系统，包括胎压监测、BMS监测、气囊等等。

发生掉电时，EEPROM、Flash以及FRAM的数据丢失情况。

车载电子控制系统对于存取各类传感器资料的需求持续增加，因此对于高效能非易失性内存技术的需求也越来越高，因为当系统在进行资料分析或是其他数据处理时，只有这类内存才能够可靠而无延迟地储存传感器所搜集的数据。由于FRAM属于非失去性内存，不仅能进行高速随机存取，且拥有高耐写度的特性，因此能以最佳的性能满足这类应用的需求。2017年富士通推出两款车规级FRAM存储解决方案，能够支持安全气囊数据储存、事故数据记录器（EDR）、电池管理系统（BMS）、汽车驾驶辅助系统（ADAS）及导航与信息娱乐系统等应用中的实时且持续的数据储存，从而达到降低系统复杂度并提高数据完整性的目的。

车规级FRAM是满足汽车电子可靠性和无迟延要求的最佳存储器选择。

据相关报道，到2020年，预计全球将会有500亿设备接入互联网。“富士通针对物联网应用的无线无电池的市场需求，研发了无线供电的低功耗嵌入式RFID创新性解决方案。该方案省去了RFID电池供电的需求，省去了MCU，让产品开发周期更短、开发更加容易、成本更加低廉。”冯逸新说到。基于FRAM的RFID有以下几个特点：

一、耐辐射性，在强辐射的照射下数据仍然可以安全存储;

二、低功耗和外部元器件供电，在不稳定电源或者不需要电源状态下，仍然可以实现高可靠的读写应用;

三、快速读写能力，提高标签的读写吞吐量提高效率。还有，大容量可以满足大量数据的存储，同等的读写距离使应用更方便。

FRAM技术的优势结合RFID技术，我们相信富士通的无源解决方案将在物联网的应用中拥有广阔的市场。

FRAM在无线无源应用中创新。

存储“新生代”之NRAM，与FRAM形成市场互补

“无论是从读写耐久性、写入的速度还是功耗来讲，FRAM比传统的Flash、EEPROM等都更具有优势，但是目前FRAM 成本比较高，一般的消费类产品还无法承担。”冯逸新在介绍NRAM时说。针对一般的消费类市场，富士通与开发了NRAM® 专利技术的Nantero公司合作，共同研发55nm CMOS技术的NRAM。

图8. NRAM的优势

NRAM是一种基于CNT（Carbon，NanoTubes，碳素纳米管）的非易失性RAM。BCC Research预计，全球NRAM市场将从2018年到2023年实现62.5%的复合年成长率（CAGR），其中嵌入式系统市场预计将在2018年达到470万美元，到了2023年将成长至2.176亿美元，CAGR高达115.3% 。

为什么会有如此大的市场呢？这要从NRAM 的7大特性说起

1）高速读写：速度接近于DRAM， 比NAND Flash快 100倍；

2）高读写耐久性：多于Flash1000倍以上的读写次数；

3）高可靠性：存储信息能保持更长久（85℃时可达1千年，300℃时可达10年）；

4）低功耗 ： 待机模式时功耗几乎为零；

5）无线的可扩展性：未来生产工艺技术将低于5nm；

6）与CMOS晶圆厂的亲和力：因为只有CNT工艺可以放入CMOS工艺里，唯一需要增加的元素就是碳，不必担心材料的短缺和工厂的金属污染；

7）低成本：目前的生产成本约为DRAM一半，随着存储密度的提高，生产成本会越来越低。

“NRAM 不但可以做数据储存也可以做程序储存，这一特性对消费类电子市场很有吸引力。就竞争格局来说，NRAM在高温操作、数据保持、高速读写上都比传统存储器更具优势，未来NRAM 有望替换大容量EEPROM （容量低于8Mb）和小容量NOR Flash （容量大于16Mb）。”在谈到NRAM的未来市场时，冯逸新表示。

存储“新生代”之ReRAM，融合DRAM读写速度与SSD非易失性

ReRAM是一种新型阻变式的非易失性随机存储器，通过向金属氧化物薄膜施加脉冲电压，产生大的电阻差值来存储“0”和“1”， 将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身，同时具备更低的功耗及更快的读写速度。据冯逸新介绍，富士通的第一代ReRAM产品已经被应用在欧洲一部分助听器中。

与FRAM不一样，ReRAM的规格更类似于EEPROM，内存容量比大，但尺寸比EEPROM小。与EEPROM不同的是，ReRAM最大的应用优势就是低功耗、易于写入。

1）易于写入：写入操作之前，不需要擦除操作

2）低功耗：5MHz的读出操作最大电流仅为0.5mA，远远低于同样条件的EEPROM（3mA@5MHz）。

ReRAM作为存储器前沿技术，未来预期可以替代目前的FlashRAM，并且具有成本更低、性能更突出的优势。预期ReRAM高密度且低功耗的特性可使其大量运用在电池供电的穿戴式设备、助听器等医疗设备，以及量表与传感器等物联网设备。