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大數據、云計算、物聯網的爆發讓存儲市場火爆異常，價格一漲再漲，從手機、電腦、汽車、到玩具，幾乎所有電子產品等離不開存儲器，而尤其可穿戴、醫療、工業設備更離不開高性能、高耐久性以及低功耗特性的關鍵數據存儲。作為系統關鍵組成部分，存儲性能至關重要。面對市場上參差不齊的存儲器，選擇的方向是什么？未來，存儲技術的創新又該從哪些方面下手呢？ 在第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產業和技術展望研討會上，富士通電子元器件產品管理部總監馮逸新就富士通對非易失性存儲器的策略以及創新方向為大家做了分享。“FRAM（鐵電存儲器）用于數據記錄；NRAM（碳納米管存儲）用于數據記錄和電碼儲存, 還可替代NOR Flash；ReRAM（電阻式記憶體）可替代大容量EEPROM。”在詳細介紹富士通三大存儲技術之前，馮逸新首先介紹了它們各自的市場定位，三大各具獨特性能的存儲技術有望在各類電子產品市場中扮演黑馬角色。 表計、物聯網等應用之外，FRAM全面拓展汽車與無電池應用 FRAM的三大優勢我們都很熟悉——耐久性、高速寫入、低功耗。什么是耐久性？馮逸新舉了個例子，假設寫入頻率是1秒/次，如果產品壽命是十年，那么在十年中寫入耐久性大概需要3.2億次。很顯然，EEPROM和Flash都是滿足不了的。 
FRAM 優于 EEPROM和Flash的耐久性。 FRAM的寫入速度有多高呢？就寫入一個數據時間來講，FRAM的速度大概是EEPROM的1/3000。也就是說，如果一個系統用一個主控加一個硬 FRAM，發生掉電的時候，數據是不會丟失的。集這么多優點于一身的FRAM 都可以應用在哪些方面呢？馮逸新表示富士通的FRAM 已經廣泛應用到了智能表計系統、物聯網（IoT）、醫療電子等等。隨著車規FRAM產品的推出，目前FRAM已經全面進入無電池引用以及汽車電子系統，包括胎壓監測、BMS監測、氣囊等等。
發生掉電時，EEPROM、Flash以及FRAM的數據丟失情況。 車載電子控制系統對于存取各類傳感器資料的需求持續增加，因此對于高效能非易失性內存技術的需求也越來越高，因為當系統在進行資料分析或是其他數據處理時，只有這類內存才能夠可靠而無延遲地儲存傳感器所搜集的數據。由于FRAM屬于非失去性內存，不僅能進行高速隨機存取，且擁有高耐寫度的特性，因此能以最佳的性能滿足這類應用的需求。2017年富士通推出兩款車規級FRAM存儲解決方案，能夠支持安全氣囊數據儲存、事故數據記錄器（EDR）、電池管理系統（BMS）、汽車駕駛輔助系統（ADAS）及導航與信息娛樂系統等應用中的實時且持續的數據儲存，從而達到降低系統復雜度并提高數據完整性的目的。
車規級FRAM是滿足汽車電子可靠性和無遲延要求的最佳存儲器選擇。 據相關報道，到2020年，預計全球將會有500億設備接入互聯網。“富士通針對物聯網應用的無線無電池的市場需求，研發了無線供電的低功耗嵌入式RFID創新性解決方案。該方案省去了RFID電池供電的需求，省去了MCU，讓產品開發周期更短、開發更加容易、成本更加低廉。”馮逸新說到。基于FRAM的RFID有以下幾個特點： 一、耐輻射性，在強輻射的照射下數據仍然可以安全存儲; 二、低功耗和外部元器件供電，在不穩定電源或者不需要電源狀態下，仍然可以實現高可靠的讀寫應用; 三、快速讀寫能力，提高標簽的讀寫吞吐量提高效率。還有，大容量可以滿足大量數據的存儲，同等的讀寫距離使應用更方便。 FRAM技術的優勢結合RFID技術，我們相信富士通的無源解決方案將在物聯網的應用中擁有廣闊的市場。
FRAM在無線無源應用中創新。 存儲“新生代”之NRAM，與FRAM形成市場互補 “無論是從讀寫耐久性、寫入的速度還是功耗來講，FRAM比傳統的Flash、EEPROM等都更具有優勢，但是目前FRAM 成本比較高，一般的消費類產品還無法承擔。”馮逸新在介紹NRAM時說。針對一般的消費類市場，富士通與開發了NRAM 專利技術的Nantero公司合作，共同研發55nm CMOS技術的NRAM。
圖8. NRAM的優勢 NRAM是一種基于CNT(Carbon，NanoTubes,碳素納米管）的非易失性RAM。BCC Research預計，全球NRAM市場將從2018年到2023年實現62.5%的復合年成長率(CAGR)，其中嵌入式系統市場預計將在2018年達到470萬美元，到了2023年將成長至2.176億美元，CAGR高達115.3% 。 為什么會有如此大的市場呢？這要從NRAM 的7大特性說起。 1）高速讀寫：速度接近于DRAM, 比NAND Flash快 100倍； 2）高讀寫耐久性：多于Flash1000倍以上的讀寫次數； 3）高可靠性：存儲信息能保持更長久（85℃時可達1千年，300℃時可達10年）； 4）低功耗 : 待機模式時功耗幾乎為零； 5）無線的可擴展性：未來生產工藝技術將低于5nm； 6）與CMOS晶圓廠的親和力：因為只有CNT工藝可以放入CMOS工藝里，唯一需要增加的元素就是碳，不必擔心材料的短缺和工廠的金屬污染； 7）低成本：目前的生產成本約為DRAM一半，隨著存儲密度的提高，生產成本會越來越低。 “NRAM 不但可以做數據儲存也可以做程序儲存，這一特性對消費類電子市場很有吸引力。就競爭格局來說，NRAM在高溫操作、數據保持、高速讀寫上都比傳統存儲器更具優勢，未來NRAM 有望替換大容量EEPROM （容量低于8Mb）和小容量NOR Flash （容量大于16Mb）。”在談到NRAM的未來市場時，馮逸新表示。 存儲“新生代”之ReRAM，融合DRAM讀寫速度與SSD非易失性 ReRAM是一種新型阻變式的非易失性隨機存儲器，通過向金屬氧化物薄膜施加脈沖電壓，產生大的電阻差值來存儲“0”和“1”， 將DRAM的讀寫速度與SSD的非易失性結合于一身，同時具備更低的功耗及更快的讀寫速度。據馮逸新介紹，富士通的第一代ReRAM產品已經被應用在歐洲一部分助聽器中。 與FRAM不一樣，ReRAM的規格更類似于EEPROM，內存容量比大，但尺寸比EEPROM小。與EEPROM不同的是，ReRAM最大的應用優勢就是低功耗、易于寫入。 1）易于寫入：寫入操作之前，不需要擦除操作 2）低功耗：5MHz的讀出操作最大電流僅為0.5mA，遠遠低于同樣條件的EEPROM（3mA@5MHz）. ReRAM作為存儲器前沿技術，未來預期可以替代目前的FlashRAM，并且具有成本更低、性能更突出的優勢。預期ReRAM高密度且低功耗的特性可使其大量運用在電池供電的穿戴式設備、助聽器等醫療設備，以及量表與傳感器等物聯網設備。 |
