在海量的固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)非常廣泛應(yīng)用、云存儲(chǔ)正在盛行的今天,，還有一種KB,、MB量級(jí)的存儲(chǔ)技術(shù)大賣，并且在物聯(lián)網(wǎng),、醫(yī)療電子,、消費(fèi)電子、工業(yè)電子……幾乎所有的行業(yè)中無(wú)處不在,。這種存儲(chǔ)技術(shù)就是鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）,。在近日于深圳舉辦的易維訊年度中國(guó)ICT媒體論壇上，富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場(chǎng)部經(jīng)理蔡振宇分享了FRAM產(chǎn)品在應(yīng)用中的獨(dú)特技術(shù)特性優(yōu)勢(shì),，特別是FRAM RFID和認(rèn)證FRAM方面眾多的創(chuàng)新應(yīng)用案例對(duì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有很好的創(chuàng)新啟發(fā),，受到與會(huì)嘉賓的關(guān)注。
圖1. 富士通半導(dǎo)體(上海)有限公司市場(chǎng)部經(jīng)理蔡振宇發(fā)表“FRAM為您系統(tǒng)創(chuàng)新而生”主題演講,。
DEMO演示FRAM 特性——“多,、快、省”
擁有15年FRAM量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的富士通半導(dǎo)體,，已經(jīng)走在技術(shù)與市場(chǎng)的前列,。而我們將從一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)Demo演示開(kāi)始，為您呈現(xiàn)FRAM的性能優(yōu)勢(shì),。如下圖2所示,，為富士通半導(dǎo)體的FRAM和EEPROM性能對(duì)比Demo演示圖。
圖2. 富士通半導(dǎo)體FRAM和EEPROM性能對(duì)比Demo演示
演示本身并不復(fù)雜,，一個(gè)照相機(jī)實(shí)時(shí)拍一張照片,，然后將照片分別存儲(chǔ)到EEPROM和FRAM中，直觀的比較圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入過(guò)程中EEPROM和FRAM的性能差異,。在此演示中，采用并口傳輸數(shù)據(jù),，F(xiàn)RAM大概用了0.19秒存儲(chǔ)數(shù)據(jù),，而EEPROM大概用了6.23秒；FRAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的比特率約為808kB/s,，而EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的比特率約為24kB/s,；功耗方面，F(xiàn)RAM約為0.4mWs,而EEPROM約為61.7mWs,。FRAM的快速讀寫(xiě)和超低功耗特性顯而易見(jiàn),。
“‘多’、‘快’,、‘省’可以形象的概括出FRAM的特點(diǎn),。‘多’指的是FRAM的高讀寫(xiě)耐久性（1萬(wàn)億次）的特點(diǎn),，可以頻繁記錄操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài)；‘快’指的是FRAM的高速燒寫(xiě)（是EEPROM的40000倍）特性,，這可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)者解決突然斷電數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題,；‘省’指的是FRAM超低功耗（是EEPROM的1/1,000）特性，特別是寫(xiě)入時(shí)無(wú)需升壓,。” 蔡振宇指出,。
FRAM除了和EEPROM相比具有明顯優(yōu)勢(shì)外，其相比其他的存儲(chǔ)器,，如FLASH和SRAM,，也在性能上更勝一籌，如下圖3所示,，為其性能比較,。
圖3. FRAM與其它存儲(chǔ)器的比較
寬泛的FRAM產(chǎn)品線——涵蓋SPI、IIC,、并行接口,，容量向16Mb邁進(jìn)
由于掌握著從FRAM的研發(fā)、設(shè)計(jì)到量產(chǎn)及封裝的整個(gè)流程,，加上多年的經(jīng)驗(yàn),，富士通半導(dǎo)體因而能始終保證FRAM產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定供應(yīng)。“我們的FRAM產(chǎn)品線相當(dāng)寬泛,，容量從4Kb到4Mb,，涵蓋SPI和I2C串行接口、并行接口,。未來(lái)富士通半導(dǎo)體還會(huì)不斷推出更多新品,，逐步實(shí)現(xiàn)大容量化。我們已經(jīng)在著手研發(fā)8Mb,、16Mb的產(chǎn)品,。”蔡振宇透露。
圖4. FRAM單體存儲(chǔ)器產(chǎn)品線
在通訊速度方面,，I2C接口能夠達(dá)到1MHz,，SPI接口最快達(dá)到50MHz。“而在SPI接口的基礎(chǔ)上,，我們今年后半年會(huì)推出QSPI的接口,，這樣整個(gè)通訊速率就會(huì)達(dá)到和并口相當(dāng)?shù)臄?shù)量級(jí)，這給客戶帶來(lái)很多好處,。” 蔡振宇指出,，“QSPI只有16到20個(gè)引腳，而并口要至少40個(gè)引腳,，并且QSPI可以達(dá)到和并口同樣的速率,，對(duì)客戶而言就意味著能夠節(jié)省一些功耗和產(chǎn)品成本,。”
據(jù)悉，采用串行接口的FRAM可以替代EEPROM或串行閃存,，而采用并行接口的FRAM產(chǎn)品可以代替低功耗SRAM或PSRAM (Pseudo SRAM),。在封裝方面，目前FRAM基本可以直接替換EEPROM,，F(xiàn)RAM的封裝和EEPROM的封裝是完全兼容的,。
據(jù)悉，富士通半導(dǎo)體的FRAM最開(kāi)始是以日本國(guó)內(nèi)應(yīng)用為主,，后來(lái)逐漸拓展至醫(yī)療,、智能儀表、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備等多元化應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在,，富士通半導(dǎo)體的FRAM主要包括三大類（單體FRAM、RFID和內(nèi)嵌FRAM的認(rèn)證芯片）,，在很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了批量應(yīng)用,，并促成了大量的創(chuàng)新應(yīng)用案例。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)解決系列應(yīng)用瓶頸
富士通半導(dǎo)體內(nèi)嵌FRAM的RFID產(chǎn)品相比其單體FRAM產(chǎn)品是比較新的,，而市場(chǎng)上常用的RFID產(chǎn)品嵌入的是EEPROM,。與內(nèi)嵌EEPROM的RFID產(chǎn)品相比，內(nèi)嵌FRAM的RFID讀寫(xiě)速度快很多,，并且其抗輻射性比EEPROM高出不止一個(gè)數(shù)量級(jí),。如下圖5所示為FRAM RFID產(chǎn)品線。
圖5. FRAM RFID產(chǎn)品線
“和目前常用的EEPROM RFID相比,，F(xiàn)RAM RFID的容量會(huì)更大,。市面上比較多的RFID產(chǎn)品都是128b或是512b，而客戶有往里面存儲(chǔ)更多信息的需求.”蔡振宇表示,。
圖6. FRAM RFID創(chuàng)新應(yīng)用
FRAM RFID的讀寫(xiě)次數(shù)是1012,，EEPROM RFID最多只有一百萬(wàn)次，這在某些應(yīng)用場(chǎng)合下使用可能會(huì)有問(wèn)題,，例如高速收費(fèi),。“開(kāi)車的朋友可能會(huì)有這樣的經(jīng)歷，在經(jīng)過(guò)有些高速公里的收費(fèi)站的時(shí)候,，您的交通收費(fèi)卡在進(jìn)站和出站的時(shí)候會(huì)無(wú)法讀取，原因是您的交通卡使用的頻率比較高,，而這些交通卡又都是EEPROM的RFID,，超過(guò)了他的讀寫(xiě)次數(shù)。” 蔡振宇指出,。
在工廠自動(dòng)化和維護(hù)的應(yīng)用中,，在制造組裝生產(chǎn)線上的歷史數(shù)據(jù),、手冊(cè)、零件信息等都可以被寫(xiě)進(jìn)標(biāo)簽,，從而縮短了讀取時(shí)間,，使生產(chǎn)線構(gòu)成更加柔性化。據(jù)悉,，汽車生產(chǎn)線例如大眾汽車,，其每年的生產(chǎn)量之所以都會(huì)提升，是因?yàn)樵谡麄€(gè)汽車生產(chǎn)過(guò)程中使用了FRAM RFID,。
圖7. FRAM RFID應(yīng)用于工廠自動(dòng)化和維護(hù)
“如果要把生產(chǎn)線,、流水線變快，那么RFID讀取速度也要變快,。富士通半導(dǎo)體的118C就成功的運(yùn)用在這樣的領(lǐng)域,。” 蔡振宇表示，“此外,，將零件的維護(hù)信息和操作歷史數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽內(nèi),，還可飛躍性提的高飛機(jī)、基礎(chǔ)設(shè)施,、土木等維護(hù)操作的工作效率,。”
而在醫(yī)療和醫(yī)藥中更加少不了FRAM RFID，其被用于諸如手術(shù)臺(tái)的追溯,、藥劑盒子,、類似于穿刺、血透的管子等中,。美國(guó)和歐洲的國(guó)家會(huì)有很多接觸到醫(yī)療器械的地方,，需要經(jīng)過(guò)伽瑪放射性消毒，F(xiàn)RAM對(duì)輻射有很強(qiáng)的耐受性,?；贔RAM的RFID可輕松通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療滅菌過(guò)程，而基于EEPROM的RFID在這一過(guò)程中信息會(huì)被破壞,。
圖8. FRAM RFID應(yīng)用于生化,、醫(yī)藥、醫(yī)療
“從目前的情況來(lái)看,，原來(lái)是美國(guó)和歐洲在這方面的應(yīng)用需求比較多,，如今我們慢慢地看到，中國(guó)的醫(yī)院和中國(guó)客戶也提出此類需求,。目前市場(chǎng)上只有我們的FRAM的RFID能夠滿足這些需求,。”蔡振宇表示。
此外，冷鏈控制也是FRAM RFID的用武之地,，如果您要追溯運(yùn)輸途中每一個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度的變化,，如何保證整個(gè)運(yùn)輸途中都能在這個(gè)溫度以下？就需要在整個(gè)車箱里加一個(gè)RFID的模塊,，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)傳到接收端,，客戶讀一下就可以看出一小時(shí)運(yùn)輸范圍內(nèi)有沒(méi)有超過(guò)溫度系數(shù)、溫度范圍,，擁有SPI接口的RFID可以實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用,。
創(chuàng)新的FRAM 認(rèn)證芯片促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新
FRAM 認(rèn)證芯片是FRAM的又一創(chuàng)新應(yīng)用。驗(yàn)證芯片多應(yīng)用于電子器械的與主機(jī)(例如：打印機(jī)等)相連的外設(shè)（例如墨盒）的真假鑒別,通過(guò)主機(jī)與外設(shè)之間的質(zhì)詢-響應(yīng)(Challenge & Response)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證的,從而鑒別出授權(quán)部件或非授權(quán)部件(真?zhèn)舞b別),。
圖9. 通用驗(yàn)證芯片的使用原理
“例如,，大家在使用打印機(jī)時(shí)都有這樣的經(jīng)歷，打印機(jī)只認(rèn)原裝的墨盒,，如使用假墨盒打印機(jī)就會(huì)彈出警告信息,，提示你用了盜版的墨盒。這種打印機(jī)就是使用了富士通半導(dǎo)體的FRAM認(rèn)證芯片,。”蔡振宇指出,。
據(jù)蔡振宇介紹，這種實(shí)現(xiàn)方案是把一個(gè)芯片放在打印機(jī)里面,，一個(gè)芯片放在墨盒里,，在打印機(jī)取墨時(shí)和對(duì)認(rèn)證信息,以確定墨盒是否為原裝。由于打印機(jī)取墨很頻繁,，一天打幾十次,、幾百次都有可能，EEPROM過(guò)一段時(shí)間就沒(méi)辦法使用了,。所以FRAM的性能在這個(gè)時(shí)候充分滿足了客戶的需求,。
類似的創(chuàng)新應(yīng)用還可以有很多，據(jù)蔡振宇介紹,，有做有線內(nèi)窺鏡的廠商,，其內(nèi)窺鏡有一個(gè)轉(zhuǎn)換頭，該廠商希望那個(gè)轉(zhuǎn)換頭一定要匹配他的內(nèi)窺鏡片的頭,，于是把認(rèn)證芯片加到內(nèi)窺鏡的頭里,，做到類似于墨盒的應(yīng)用，自己的機(jī)器只能配自己的轉(zhuǎn)換頭,。