【導讀】在人工智能大型模型和邊緣智能領(lǐng)域的算力需求激增的推動(dòng)下，市場(chǎng)對于高性能存儲解決方案的需求也在不斷增加。據此預測，2024年全球存儲器市場(chǎng)的銷(xiāo)售額有望增長(cháng)61.3%，達到1500億美元。為了降低云和邊緣的功耗，兼具高性能和非易失性的新型存儲器正迎來(lái)市場(chǎng)快速增長(cháng)的發(fā)展大時(shí)代，如鐵電存儲器FeRAM和ReRAM，以及磁性存儲器MRAM、阻變式存儲器ReRAM等。
在人工智能大型模型和邊緣智能領(lǐng)域的算力需求激增的推動(dòng)下，市場(chǎng)對于高性能存儲解決方案的需求也在不斷增加。據此預測，2024年全球存儲器市場(chǎng)的銷(xiāo)售額有望增長(cháng)61.3%，達到1500億美元。為了降低云和邊緣的功耗，兼具高性能和非易失性的新型存儲器正迎來(lái)市場(chǎng)快速增長(cháng)的發(fā)展大時(shí)代，如鐵電存儲器FeRAM和ReRAM，以及磁性存儲器MRAM、阻變式存儲器ReRAM等。
2020-2024年全球存儲器市場(chǎng)規模及增速
富士通半導體（即將更名為RAMXEED）作為FeRAM產(chǎn)品全球兩個(gè)主要供應商之一，只專(zhuān)注于高性能存儲器FeRAM和ReRAM的研發(fā)，以及以FeRAM、ReRAM為基礎的定制產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?！拔覀兊漠a(chǎn)品適用于從個(gè)體到企業(yè)，從私人到公共的多種應用，可廣泛應用于汽車(chē)電子、工業(yè)控制、表計、助聽(tīng)器等重要基礎行業(yè)?！?/p>
近日，富士通半導體科技（上海）有限責任公司總經(jīng)理馮逸新在由E維智庫舉辦的第12屆中國硬科技產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng )新趨勢峰會(huì )暨百家媒體論壇上分享道，“富士通集團公司開(kāi)展FeRAM的業(yè)務(wù)超過(guò)20年之久。我們的FeRAM產(chǎn)品深受全球用戶(hù)的好評，目前已累計出貨44億片之多?！?/p>
RAMXEED(原富士通半導體)總經(jīng)理 馮逸新
解碼 FeRAM和ReRAM，探索存儲技術(shù)極限性能可能
FeRAM和 ReRAM代表了非易失性存儲技術(shù)領(lǐng)域內的兩項重要創(chuàng )新，旨在提供比傳統存儲解決方案（如 SRAM、DRAM 和 Flash）更高的性能和更小的尺寸。隨著(zhù)便攜式系統市場(chǎng)在過(guò)去十多年間的迅速擴張，半導體產(chǎn)業(yè)對于大容量非易失性存儲器（NVM）技術(shù)的興趣日益濃厚。市場(chǎng)對更高效率、更快的內存訪(fǎng)問(wèn)速度及更低功耗的需求，不斷推動(dòng)著(zhù)NVM技術(shù)的進(jìn)步。據預測，全球非易失性存儲器市場(chǎng)規模在2024年達到約945.2億美元的基礎上，到2029年將擴大至1647.9億美元，其間將以11.76%的復合年增長(cháng)率持續增長(cháng)。
FeRAM依賴(lài)鐵電材料的獨特性質(zhì)進(jìn)行數據存儲。該類(lèi)存儲器以其超快的讀寫(xiě)速度、出色的寫(xiě)入耐久性以及較低的功耗特性而著(zhù)稱(chēng)。FeRAM的讀寫(xiě)速度是納秒級，這遠超過(guò)NOR flash、EEPROM；讀寫(xiě)次數達到1014、1013之多，在某種意義上相當于無(wú)限次，而EEPROM、NOR Flash一般都有次數的限制?；谶@兩個(gè)特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)寫(xiě)入、掉電保護等、需要讀寫(xiě)次數比較高的快速非易失性存儲的應用場(chǎng)景中（如智能卡、計量設備以及汽車(chē)中的事件數據記錄儀），FeRAM有著(zhù)不可替代的絕對優(yōu)勢。同時(shí)，FeRAM也可以替換EEPROM、SARM以及MRAM。
相比之下，ReRAM則利用材料電阻狀態(tài)的變化來(lái)保存信息，通過(guò)電流調整特定材料（例如氧化鉿）的電阻特性。在功能上，ReRAM類(lèi)似于EEPROM規格，但內存容量更大、讀出功耗更低、尺寸更小，非常適合于助聽(tīng)器等小型的電池驅動(dòng)的可穿戴器件應用。近年來(lái)，ReRAM在全球范圍內受到了極大的關(guān)注，雖然ReRAM技術(shù)已經(jīng)出現在一些芯片制造商的路線(xiàn)圖中，并且已有公司已經(jīng)開(kāi)始布局ReRAM相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)，但是要實(shí)現大規模商用還需要克服一定的技術(shù)和市場(chǎng)挑戰?！皹I(yè)內人士認為NOR Flash在下一代的時(shí)候工藝會(huì )進(jìn)入瓶頸，未來(lái)可以替代NOR Flash的是ReRAM，但是ReRAM目前量產(chǎn)最大的容量是12Mb。若要替代NOR Flash，ReRAM的容量需要達到16Mbit到1Gb?！瘪T逸新表示。
富士通FeRAM/ReRAM的應用定位
賦能多個(gè)熱門(mén)產(chǎn)業(yè)應用，智能存儲獲得廣泛落地
在數字化轉型的洶涌浪潮之下，存儲技術(shù)的創(chuàng )新無(wú)疑成為了推動(dòng)各個(gè)行業(yè)闊步前行的核心力量。FeRAM和 ReRAM作為嶄露頭角的非易失性存儲新方案，以其別具一格的優(yōu)勢，在極為廣泛的應用場(chǎng)景里彰顯出了龐大的潛力。不管是在關(guān)乎國計民生的智能電網(wǎng)、智能交通系統之中，還是在工業(yè)自動(dòng)化、醫療健康、娛樂(lè )科技以及云計算基礎設施等領(lǐng)域之內，亦或是在日常生活里隨處可見(jiàn)的智能標簽和可穿戴設備之上，FeRAM 與 ReRAM 都發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
富士通FeRAM和ReRAM產(chǎn)品的應用
一、從電力計量到光儲充，FeRAM為電力應用存數據
“智能電網(wǎng)包括充電樁、光伏變流器，都是這幾年對新一代存儲需求比較多的行業(yè)。我們在大陸深耕二十多年，FeRAM銷(xiāo)量的重要來(lái)源之一就是智能電網(wǎng)。以電表為例，富士通是從智能電表發(fā)展的時(shí)候就介入市場(chǎng)的?！瘪T逸新說(shuō)道。此外，電表之外的繼電保護器也對存儲有一定的需求，主要用于記錄其未能正常工作的情況及事件發(fā)生的順序，這一應用要求存儲器能夠進(jìn)行高速實(shí)時(shí)寫(xiě)入，而FeRAM無(wú)疑是一個(gè)最佳選擇。
“自2020年以來(lái)，光伏、逆變器和儲能系統對FeRAM的需求顯著(zhù)增長(cháng)。在光伏發(fā)電系統中，直流電（DC）需轉換為交流電（AC），這一過(guò)程中逆變器扮演著(zhù)重要角色，它需要每秒或每個(gè)毫秒記錄故障信息及電流電壓狀態(tài)。同樣，在將電力轉換為交流電后，儲能系統中的電池管理系統（BMS）也需記錄相關(guān)數據，其工作原理與新能源汽車(chē)中的BMS相同。FeRAM憑借其高速讀寫(xiě)能力和卓越的可靠性，在這些應用中展現出了顯著(zhù)的優(yōu)勢?！瘪T逸新補充道。
FeRAM在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應用
二、獲磁式旋轉編碼器存儲青睞，無(wú)源（無(wú)電池）設計成趨勢
FeRAM的另一大應用就是工廠(chǎng)自動(dòng)化（FA），據馮逸新介紹，施奈德、西門(mén)子、中國臺灣的臺達、大陸知名的數控機床供應商，以及中國排名前五的FA供應商等都是富士通的客戶(hù)，這些廠(chǎng)商的工廠(chǎng)自動(dòng)化部門(mén)采用的都是非常高端的存儲方案，除了FeRAM還有MRAM、NVSRAM等存儲器，近年來(lái)，尤其是在旋轉編碼器領(lǐng)域的應用日益增多?！熬幋a器分為光學(xué)和磁式兩種類(lèi)型，在工廠(chǎng)自動(dòng)化控制和新能源汽車(chē)領(lǐng)域里，目前磁式旋轉編碼器發(fā)展是一個(gè)潮流。然而，由于磁式編碼器內部使用了電池，而在歐洲等地電池受到了嚴格的管控。因此，為了實(shí)現無(wú)電池的編碼器設計，就需要可高速寫(xiě)入、讀寫(xiě)耐久性、超低功耗和內置二進(jìn)制計數器的FeRAM來(lái)扮演關(guān)鍵角色?！瘪T逸新說(shuō)。
通常情況下，在伺服驅動(dòng)電機斷電后，可能會(huì )因外界不可預測的因素發(fā)生碰撞，導致電機重新啟動(dòng)時(shí)的位置與斷電前的位置產(chǎn)生偏移。這種情況下，如何在重啟時(shí)找回準確的位置成為一個(gè)嚴峻的問(wèn)題。為了解決這一難題，通常會(huì )使用IC-Haus的主控芯片，配合波斯特的韋根線(xiàn)圈，并結合帶有二進(jìn)制計數功能的FeRAM?！爱斖獠坎豢煽沽е码姍C轉動(dòng)時(shí)，韋根線(xiàn)圈可以產(chǎn)生微弱的電能，而低功耗FeRAM能夠在微弱電流的情況下工作，利用內置的二進(jìn)制計數器記錄電機的旋轉次數。這樣一來(lái)，當電機重新上電時(shí)，便能夠準確地找回之前的位置?！瘪T逸新指出。
在歐洲和德國，編碼器技術(shù)發(fā)展迅速，德國的iC-House、SEW、Fraba等，日本的尼康、三菱電機、多摩川精機等都是旋轉編碼器的著(zhù)名供應商，他們也都在都在積極的研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品?！皞鹘y的磁式編碼器通常配備有電池，但在歐洲，帶有電池的產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)航空運輸，只能選擇海運，并且電池的管理極為嚴格。鑒于此，業(yè)界正在尋求去除電池的方法，因為電池在其使用壽命期間需要更換，這不僅增加了維護成本，對于位于偏遠地區的公司而言，更換電池還意味著(zhù)高昂的人工費用。因此，未來(lái)旋轉編碼器需要實(shí)現無(wú)源（無(wú)電池），帶有二進(jìn)制計數器FeRAM是目前無(wú)二的選擇?！瘪T逸新介紹說(shuō)，最近幾年，中國臺灣的臺達以及中國大陸做編碼器的第一、二供應商，都已經(jīng)把富士通的帶有二進(jìn)制計數器的FeRAM產(chǎn)品做進(jìn)了自己的產(chǎn)品內，并計劃于明年開(kāi)始量產(chǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，這種無(wú)電池的設計符合未來(lái)的發(fā)展需求。
FeRAM在編碼器領(lǐng)域的應用
三、從BMS、TBOX到行車(chē)記錄儀，全面賦能汽車(chē)關(guān)鍵數據存儲
汽車(chē)電子因其獨特的工作環(huán)境和嚴格的需求，需要專(zhuān)門(mén)設計的存儲解決方案來(lái)確保其可靠性和性能。傳統存儲解決方案往往因成本問(wèn)題而面臨挑戰，尤其是在EEPROM和NOR Flash的使用上。相比之下，由于新能源汽車(chē)領(lǐng)域的較高附加值，以及對創(chuàng )新存儲技術(shù)的采納更為積極，因此，富士通進(jìn)行了大量的市場(chǎng)開(kāi)拓，致力于提供符合汽車(chē)電子需求的先進(jìn)存儲解決方案。以BMS為例，每一顆電池芯片都需要記錄各種數據，并保持一致性，記錄的數據包括電池的SOC、狀態(tài)的SOH，以及電池壽命和充放電周期的信息。對于此類(lèi)應用，所需的存儲器必須支持高速及頻繁的寫(xiě)入操作。兩年前，歐洲宣布將實(shí)施“電池護照”制度，規定從2027年起，所有進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的電池必須持有符合要求的“電池護照”。馮逸新認為，在新能源領(lǐng)域，尤其是中國市場(chǎng)，電池的回收與二次利用變得日益重要，未來(lái)若要與國際標準接軌，實(shí)現電池護照的通行，就必須依賴(lài)高性能的存儲技術(shù)作為支撐，FeRAM是唯一能推動(dòng)電池護照系統的存儲解決方案。
FeRAM在汽車(chē)電子領(lǐng)域的應用
“由于市場(chǎng)需求旺盛，汽車(chē)級產(chǎn)品在過(guò)去兩年經(jīng)歷了諸多升級。從前的新能源電池包、電池管理系統（BMS）、車(chē)載通信終端（TBOX）、行車(chē)記錄儀，乃至先進(jìn)的胎壓監測系統，通常都需要使用符合AEC-Q100標準的SPI接口。近年來(lái)，市場(chǎng)上還出現了對I2C接口的汽車(chē)級產(chǎn)品的需求，為此，我們專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了產(chǎn)品線(xiàn)的補充和完善。目前，我們不僅能提供高達1Mbit的大容量存儲，同時(shí)還實(shí)現了小型化封裝?！瘪T逸新補充到。
四、從醫療應用到船舶、工程，ReRAM實(shí)現全方位布局
醫療領(lǐng)域值得一提是助聽(tīng)器。助聽(tīng)器里有一個(gè)lookup table用于根據個(gè)人聽(tīng)力和語(yǔ)言能力存儲定制數據，佩戴助聽(tīng)器后，設備會(huì )讀取這些數據，以幫助用戶(hù)恢復正常的聽(tīng)力水平?！澳壳?，全球能夠實(shí)現ReRAM量產(chǎn)的廠(chǎng)商寥寥無(wú)幾。富士通在這一領(lǐng)域已積累了十多年的豐富經(jīng)驗，并已成為歐洲最大助聽(tīng)器公司的供應商?！瘪T逸新說(shuō)，“現在，我們還在正積極開(kāi)拓可穿戴設備市場(chǎng)，并致力于更深入的發(fā)展?！?/p>
ReRAM在助聽(tīng)器領(lǐng)域的應用
除此之外，富士通的FeRAM和ReRAM的應用范圍還延伸到了多個(gè)領(lǐng)域，包括船舶、工程及農業(yè)機械的智能化升級，游戲娛樂(lè )器械的體驗革新，以及云端計算的數據中心優(yōu)化。在樓宇自動(dòng)化與通信基礎設施中，這些技術(shù)同樣扮演著(zhù)重要角色，提升了系統的效率與可靠性。此外，標簽和智能卡的安全性增強，以及可穿戴設備的功能拓展，也都得益于FeRAM和ReRAM的貢獻。馮逸新對這些多樣化的應用的分享，也展示了這兩種存儲技術(shù)在推動(dòng)現代科技進(jìn)步方面的廣泛影響力。
高速、大容量：下一代FeRAM的產(chǎn)品迭代路徑明確
FeRAM在市場(chǎng)上應用規模相對較小，主要原因在于兩大瓶頸：一是其容量有限，當前最大容量?jì)H為8Mbit；二是較高的成本，限制了其更廣泛的應用?！瓣P(guān)于未來(lái)如何實(shí)現大容量的發(fā)展，通常的做法是在現有的8Mbit基礎上，通過(guò)堆疊技術(shù)疊加多個(gè)單元來(lái)擴展容量，例如疊加兩個(gè)單元可以達到16Mbit，疊加四個(gè)單元則可達到32Mbit?！瘪T逸新分享道，“在速度方面，MRAM和SRAM的速度通常為35納秒（ns），而富士通目前最快的FeRAM為120ns。展望未來(lái)，我們計劃在下一代技術(shù)中實(shí)現速度的提升，目標是將產(chǎn)品的響應時(shí)間縮短至35ns?！?/p>
在演講的最后，馮逸新分享了富士通未來(lái)的計劃，主要包括兩個(gè)方面：首先，針對SRAM+battery組合，鑒于市場(chǎng)對電池管理提出了環(huán)保低碳的要求，存儲的發(fā)展方向將是消除對電池的依賴(lài)。其次，對于SRAM+EEPROM（或NVSRAM）組合，該配置與FeRAM相似，用現有量產(chǎn)FeRAM產(chǎn)品也可以替換，但是新一代高速FeRAM可以滿(mǎn)足與SRAM一樣的高速寫(xiě)入需求的應用。馮逸新表示，未來(lái)的研究與開(kāi)發(fā)工作將緊密貼合市場(chǎng)需求，致力于進(jìn)一步提升FeRAM 的速度性能。同時(shí)，還將推進(jìn)Quad（四線(xiàn)）SPI產(chǎn)品的研發(fā)，以滿(mǎn)足如游戲機和高端工廠(chǎng)自動(dòng)化等對數據傳輸速率有著(zhù)更高要求的應用領(lǐng)域的特殊需求。通過(guò)這些技術(shù)創(chuàng )新，富士通旨在為客戶(hù)提供更快的響應時(shí)間和更高的數據處理能力，從而推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。
富士通的高速并口接口FeRAM
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