在人腦中，海馬體負責記憶相關(guān)的重要功能。類(lèi)似的，在電子系統中，扮演“海馬體”角色的則是存儲器。作為半導體元器件中不可或缺的組成部分，存儲器與數據相伴而生，是應用面最廣、市場(chǎng)比例最高的集成電路基礎性產(chǎn)品。數據顯示，2020年全球存儲器收入增加135億美元，占2020年整個(gè)半導體市場(chǎng)收入增長(cháng)的44%。

 

 

圖1：2020年全球半導體收入增長(cháng)結構分布（前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

 

近年來(lái)，AI、IoT等技術(shù)推動(dòng)消費電子和大規模數據中心的快速發(fā)展，市場(chǎng)對存儲的需求呈現白熱化的趨勢。尤其在IoT領(lǐng)域，產(chǎn)品的功耗和尺寸一直是行業(yè)不斷尋求突破的方向。對于存儲器而言，低功耗、小體積、高運行速度等關(guān)鍵特性也逐漸成為打入IoT應用的必要條件。

 

AIoT多元新需求和端側算力，推動(dòng)各類(lèi)存儲器市場(chǎng)增長(cháng)和技術(shù)演進(jìn)

 

萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，數據流源源不斷；同時(shí)，算力的提升推動(dòng)了計算結構的變化——從過(guò)去的端到云，變成了現在的云到端。這一過(guò)程中，不僅要求物聯(lián)網(wǎng)設備擁有網(wǎng)絡(luò )連接能力，還需要一些基礎的計算能力、即主芯片的算力，這也意味著(zhù)端側的算法更龐大、更復雜，存儲算法代碼的存儲器容量也隨之增加。

 

“NOR Flash具備隨機存儲、可靠性強、讀取速度快、可執行代碼等優(yōu)異的特性，有望在IoT設備中替代NAND Flash與DRAM。處理器/主芯片可直接從NOR Flash里調用系統代碼并運行，可同時(shí)滿(mǎn)足存儲與運行內存的要求，這使得NOR Flash的市場(chǎng)需求逐年增加，預計每年的增長(cháng)率將超過(guò)10%。”兆易創(chuàng )新存儲事業(yè)部資深產(chǎn)品市場(chǎng)總監陳暉表示。

 

顯然，物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)AIoT產(chǎn)品（TWS、可穿戴）的爆發(fā)式增長(cháng)，已成為NOR Flash存儲器需求增長(cháng)的主要驅動(dòng)力。相關(guān)數據顯示，2020年全球NOR Flash市場(chǎng)規模在30.6億美元左右，到2022年將進(jìn)一步增長(cháng)到37.2億美元。

 

據陳暉介紹，作為存儲領(lǐng)域的主力產(chǎn)品，兆易創(chuàng )新SPI NOR Flash已經(jīng)擁有26個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)系列、16種產(chǎn)品容量、7種溫度規格、4個(gè)電壓范圍以及25種封裝方式。數據表明，自2008年推出中國首顆SPI NOR Flash以來(lái)，兆易創(chuàng )新已成為全球排名第三、中國排名第一的SPI NOR Flash供應商，Flash產(chǎn)品累計出貨量更是超過(guò)160億顆！

 

 

圖2：兆易創(chuàng )新推出全面豐富的NOR Flash產(chǎn)品及解決方案

 

在耀眼成績(jì)的背后，是兆易創(chuàng )新不斷尋求自身突破的決心。陳暉表示：“兆易創(chuàng )新的策略一直緊密結合市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，依靠產(chǎn)品定義與特點(diǎn)推出不同性能的產(chǎn)品，滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的需求，逐漸覆蓋工業(yè)、消費，甚至汽車(chē)等領(lǐng)域。”目前，兆易創(chuàng )新55nm先進(jìn)制程工藝的SPI NOR Flash已進(jìn)入全線(xiàn)量產(chǎn)階段，相較前一代產(chǎn)品性能更高、容量更豐富、功耗也更低。針對車(chē)用市場(chǎng)也推出了車(chē)規級3.0v、1.8v SPI NOR Flash產(chǎn)品，容量涵蓋2Mb-2Gb，滿(mǎn)足不同的車(chē)載應用需求。

 

除了NOR Flash之外，SLC NAND Flash、DRAM亦是兆易創(chuàng )新側重的存儲產(chǎn)品方向，并持續加大投入。2020年10月，兆易創(chuàng )新正式推出全國產(chǎn)化24nm工藝節點(diǎn)的4Gb SPI NAND Flash產(chǎn)品——GD5F4GM5系列。該系列實(shí)現了從設計研發(fā)、生產(chǎn)制造到封裝測試所有環(huán)節的純國產(chǎn)化和自主化，并已成功量產(chǎn)。另外在DRAM內存芯片布局方面，2021年6月兆易創(chuàng )新宣布首款自有品牌4Gb DDR4產(chǎn)品GDQ2BFAA系列量產(chǎn)，該產(chǎn)品實(shí)現了從設計、流片，到封測、驗證的全國產(chǎn)化，標志著(zhù)兆易創(chuàng )新成功將業(yè)務(wù)觸角拓展到了DRAM主流存儲市場(chǎng)。

 

 

圖3：兆易創(chuàng )新4Gb SPI NAND Flash產(chǎn)品——GD5F4GM5系列

 

追逐尺寸、功耗、安全、性能 “全優(yōu)”？高超的產(chǎn)品定義是一門(mén)藝術(shù)

 

蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)為NOR Flash市場(chǎng)注入了一劑強心針，但物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景的多樣性、復雜性，也給NOR Flash帶來(lái)了全新的挑戰。比如，盡管封裝體積小、信號引線(xiàn)少是SPI NOR Flash的主要優(yōu)點(diǎn)，但在IoT設備日趨小型化的要求下、進(jìn)一步縮小產(chǎn)品封裝體積勢在必行；多數物聯(lián)網(wǎng)應用由于地理位置或成本原因，某些場(chǎng)合甚至需要10年以上，因此功耗也是物聯(lián)網(wǎng)終端或模塊最重要的指標之一。此外，諸如容量、安全等方面也是廠(chǎng)商不得不面臨的挑戰課題。

 

以近年來(lái)愈發(fā)火熱的可穿戴設備來(lái)看，此類(lèi)設備一方面需要采集用戶(hù)的數據信息提供智能化的建議，例如位置信息、心率信息等，另一方面也需要把外界數據傳輸給用戶(hù)，如音樂(lè )、視頻與通話(huà)等，這些過(guò)程都離不開(kāi)NOR Flash的支持。在內部空間“寸土寸金”的情況下，其電子元器件需要滿(mǎn)足體積小、低功耗的要求。

 

譬如，隨著(zhù)TWS耳機邁入2.0時(shí)代，包括OTA升級、骨傳導、語(yǔ)音識別、降噪、觸控等多種功能的出現，為了存儲更多固件和代碼程序，往往需要外擴一顆32Mbit甚至更大容量的SPI NOR Flash，同時(shí)也要求小體積和低功耗。

 

作為應對之道，兆易創(chuàng )新今年初宣布將WLCSP封裝方式引入自家存儲器件。跟其它封裝相比，在同等容量下兆易創(chuàng )新存儲器件的尺寸最小能做到長(cháng)寬均不足1mm、最薄0.25mm，約是USON8 (3mm x 2mm)封裝體積的1/10。針對TWS耳機產(chǎn)品，兆易創(chuàng )新還可以根據客戶(hù)需求，將Flash與主芯片采用疊封的形式，不用單獨再為Flash開(kāi)一塊空間，對整個(gè)系統PCB的面積縮減有極大幫助。

 

 

圖4：WLCSP封裝與其他封裝對比

 

 

圖5：WLCSP封裝對比USON8封裝，體積約為后者的十分之一

 

此外，兆易創(chuàng )新還推出了業(yè)界讀功耗最低的LE系列SPI NOR Flash，其工作電壓為1.65~2.0V，產(chǎn)品容量涵蓋2Mb~512Mb，可滿(mǎn)足不同應用需求。在功耗方面，該LE系列的睡眠電流低至0.1uA，四通道133Hz的情況下讀取功耗低至5mA，比行業(yè)平均水平低40%左右。

 

 

圖6：同樣封裝體積下，兆易創(chuàng )新提供豐富的容量選擇

 

安全性則是存儲器設計和應用的另一大考量。在IoT應用中，Flash由于存儲了眾多關(guān)鍵的系統代碼，相較SoC更容易被作為攻擊的對象，提升安全性顯得尤為重要。“提升系統安全性不能只是從Flash安全規格或加密技術(shù)入手，更多需要將Flash與主芯片，如MCU、SoC等進(jìn)行整體考慮。雖然安全級別一般而言是越高越好，但我們考慮Flash的安全功能，應該與終端產(chǎn)品定位、主芯片定位相互匹配，這樣才能做出符合市場(chǎng)需求的均衡產(chǎn)品。”陳暉表示，“當然，兆易創(chuàng )新Flash正在結合自身的MCU產(chǎn)品，或與更多SoC廠(chǎng)商進(jìn)行緊密合作，致力于提升對IoT設備及系統的安全性能。”

 

存算感一體，兆易創(chuàng )新產(chǎn)品生態(tài)協(xié)同效應初現

 

事實(shí)上，不只是物聯(lián)網(wǎng)，在包括汽車(chē)電子、5G、智能手機，以及TDDI將觸控功能整合進(jìn)入驅動(dòng)IC等需求的推動(dòng)下，NOR Flash市場(chǎng)潛能已經(jīng)被完全激活。“目前，兆易創(chuàng )新已經(jīng)與全球頂級的通信設備廠(chǎng)商達成了合作，同時(shí)針對車(chē)規市場(chǎng)更大容量的512Mb-2Gb產(chǎn)品也通過(guò)了AEC-Q100的認證。”陳暉表示，隨著(zhù)用戶(hù)需求增加、系統功能更新、代碼復雜度提升，未來(lái)兆易創(chuàng )新的Flash產(chǎn)品將繼續向大容量、高性能、高可靠性、低功耗、小封裝的方向演進(jìn)。

 

除了Flash和MCU業(yè)務(wù)，聯(lián)動(dòng)基于觸控和指紋識別的傳感器業(yè)務(wù)，兆易創(chuàng )新正積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)整合、拓展戰略布局，打造存儲、控制、傳感、互聯(lián)、以及邊緣計算的一體化解決方案滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，兆易創(chuàng )新全面布局“存儲+MCU+傳感器”的強強組合形成了獨特的生態(tài)協(xié)同效應，即使在產(chǎn)能緊張的背景下，仍然通過(guò)供應鏈多元化管理的布局優(yōu)勢，成為率先恢復產(chǎn)能有序供應的半導體企業(yè)，從而應對不斷變化的行業(yè)發(fā)展挑戰。