距離中國(guó)首次提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念剛過(guò)去一年,，通過(guò)升級(jí)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算,、5G,、邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)，將隨著承擔(dān)“拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)”重任的“新基建”而加速,，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)中的重要性不言而喻,。而作為電力網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的唯一設(shè)備，智能電表是用戶(hù)側(cè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),，智能電表的技術(shù)創(chuàng)新可以說(shuō)從根本上影響著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展,。

針對(duì)這波大規(guī)模的市場(chǎng)熱潮，富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新近日在一次研討會(huì)上也表示：“智能表計(jì)作為富士通長(zhǎng)期關(guān)注的重點(diǎn)業(yè)務(wù),，在未來(lái)幾年具有很大的市場(chǎng)潛力,，特別是智能電表行業(yè)發(fā)展?jié)摿σ廊豢春谩,！?nbsp;

隨風(fēng)而起,， FRAM筑造堅(jiān)固數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

電子設(shè)計(jì)的一個(gè)主要考慮因素是降低總功耗的同時(shí)提高可靠性。設(shè)計(jì)人員必須考慮增加功能,，同時(shí)減少系統(tǒng)的功率預(yù)算,，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)久的電池壽命,。但是與此同時(shí),，嵌入式軟件正變得日益復(fù)雜，需要配備更多的存儲(chǔ)器,，但這一點(diǎn)對(duì)功耗也有了進(jìn)一步要求,。“對(duì)于智能表計(jì)而言,，數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)是非常重要的,。因此，智能表計(jì)方案商需考慮挑選合適的存儲(chǔ)產(chǎn)品予以應(yīng)對(duì),?！瘪T逸新指出。中國(guó)政府從2018年開(kāi)始對(duì)水表進(jìn)行全面更新?lián)Q代，也帶動(dòng)了智能水表的技術(shù)革新,。特別是抄表方案從傳統(tǒng)的載波方案逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹B-IOT平臺(tái),，對(duì)于平臺(tái)里的采集器和集中器對(duì)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送的無(wú)遲延和可靠性也都有了更高的要求。

“富士通FRAM在智能表計(jì)行業(yè)已深耕十多年之久,，全球表計(jì)出貨超1億片,。針對(duì)新一代標(biāo)準(zhǔn)下的智能表計(jì)，富士通推出了眾多創(chuàng)新型存儲(chǔ)產(chǎn)品,，如FRAM鐵電存儲(chǔ)器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器被廣泛采用,，在中國(guó)、東南亞,、歐洲,、南美、北美等地區(qū)擁有很大的市場(chǎng)占有率,?！?馮逸新表示。據(jù)悉,，威勝集團(tuán),、海興電力、林洋能源,、Itron,、西門(mén)子等業(yè)界主流的電表供應(yīng)商都是富士通FRAM的客戶(hù)，無(wú)錫聚成,、浙江威星,、EMERSON、E+H,、TEPLOKOM等全球范圍的智能水氣儀表主要供應(yīng)商,，也將FRAM作為其準(zhǔn)確記錄和存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。

四大關(guān)鍵特性,，助力表計(jì)產(chǎn)品性能升級(jí)

FRAM的三大優(yōu)勢(shì)我們都很熟悉,，那就是高速寫(xiě)入、耐久性,、以及低功耗,，而針對(duì)智能表計(jì)應(yīng)用，它還擁有第四大優(yōu)勢(shì)——超高的安全性,。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,，企業(yè)與消費(fèi)者對(duì)數(shù)據(jù)保密與安全的認(rèn)知進(jìn)一步提升。若遇到黑客違法盜取及分析電表的機(jī)密數(shù)據(jù),，將導(dǎo)致大范圍的信息泄露,。對(duì)此,，富士通FRAM賦予了智能表計(jì)應(yīng)用的安全性?xún)?yōu)勢(shì)，就是防止黑客盜竊或篡改數(shù)據(jù),。當(dāng)黑客的篡改事件發(fā)生時(shí),，低功耗和高速的FRAM可以利用給RTC供電的小型電池電源，瞬間消去重要數(shù)據(jù),，從而確保電力用戶(hù)的信息安全,。例如FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時(shí)間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù),，相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢(shì),。

安全性的第二個(gè)表現(xiàn)，則是基于高寫(xiě)入速度,。以256Kb獨(dú)立FRAM存儲(chǔ)器為例,，每寫(xiě)入1Byte數(shù)據(jù)，所需時(shí)間僅為150ns,。因此,，富士通FRAM在智能電表應(yīng)用中帶來(lái)了關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：掉電保護(hù)重要數(shù)據(jù)。電表使用的重要數(shù)據(jù),，需要在非常短的間隔(1-3次/秒)里保存在存儲(chǔ)器,，并確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整。對(duì)于表計(jì)計(jì)量和抄表系統(tǒng)而言,，維護(hù)數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性就是防止國(guó)家資源流失,，從而確保國(guó)家能高效完整回收資金。

耐久性則是智能表計(jì)（特別是集中器）最基本的需求,。按照國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定,，重要數(shù)據(jù)必須以1次/秒的頻率實(shí)時(shí)記錄到存儲(chǔ)器，按照智能電表10年運(yùn)行周期來(lái)計(jì)算,，存儲(chǔ)器需達(dá)到寫(xiě)入次數(shù)至少為：1*60*60*24*365*10=3.2億次,。作為非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)RAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統(tǒng)易失性存儲(chǔ)器級(jí)別的高速寫(xiě)入速度,，讀寫(xiě)周期是傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器的1/30000,，但讀寫(xiě)耐久性卻是后者的1,000萬(wàn)倍，達(dá)到了10萬(wàn)億次,，可實(shí)現(xiàn)高頻繁的數(shù)據(jù)紀(jì)錄 (實(shí)時(shí)的記錄),。若按5ms一次讀寫(xiě)頻率來(lái)計(jì)算，達(dá)到10萬(wàn)億次花費(fèi)的時(shí)間是1,585年,，相當(dāng)于可以從唐朝寫(xiě)到現(xiàn)在！與之相對(duì),， EEPROM只有100萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命,，若按此讀寫(xiě)頻率,，1個(gè)半小時(shí)就會(huì)報(bào)廢，更別說(shuō)只有10萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命的Flash了,。另外,，F(xiàn)RAM的數(shù)據(jù)保持時(shí)間也極長(zhǎng)，在85℃環(huán)境下,，可以達(dá)到至少10年,。

至于低功耗的優(yōu)勢(shì)，則在智能水氣表中得以體現(xiàn),。在水表/氣表系統(tǒng)中,，從集中器到每家每戶(hù)的水表/氣表，都能夠看到FRAM的身影,。相比于智能電表,，市場(chǎng)規(guī)律上最明顯的差異就是水表、氣表必須選用電池供電（且通常一顆電池要用10-15年以上）,，而非電表那樣可直接接入電源,，因此低功耗成為了水、氣表方案最關(guān)鍵的需求,。也因此讓讀寫(xiě)壽命長(zhǎng),、功耗極低又利于延長(zhǎng)電池使用壽命的FRAM實(shí)現(xiàn)了極大的差異化優(yōu)勢(shì)。以64Byte數(shù)據(jù)寫(xiě)入為例,，F(xiàn)RAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440,，可以輕松應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)、頻繁存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的工作模式,，這不僅大大延長(zhǎng)了電池壽命降低維護(hù)成本,，更有助于電池與設(shè)備的小型化。

完善的存儲(chǔ)產(chǎn)品陣列,，表計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)再添B計(jì)劃

FRAM的優(yōu)勢(shì)雖然明顯,，但如果單純使用FRAM，成本相比EEPROM以及Flash來(lái)說(shuō)勢(shì)必是略有升高的,。而智能電表,，特別是單相電、水,、氣,、熱表對(duì)方案成本的要求通常非常苛刻,，因此如何讓產(chǎn)品在保持高性能的前提下進(jìn)一步降低成本是富士通一直以來(lái)面臨的挑戰(zhàn),。

在實(shí)際應(yīng)用中，富士通建議采用超低容量FRAM (4Kbit)與EEPROM并用,，幫助實(shí)現(xiàn)低成本的電,、水,、氣、熱智能表計(jì)方案,。 “采用FRAM與EEPROM并用的方案設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)智能表計(jì)的高可靠性與安全性,，并在整體方案架構(gòu)上省去用于EEPROM掉電保護(hù)的大電容，從而有效地降低系統(tǒng)整體的BOM成本,?！?馮逸新表示。為滿(mǎn)足用戶(hù)在低成本和高性能的完美平衡,，富士通FRAM存儲(chǔ)器推出了用于計(jì)量模塊的I2C 接口的3v,、5v電源電壓驅(qū)動(dòng)的4kbit、16kbit,、64kbit,、128kbit和256kbit的FRAM產(chǎn)品，同時(shí)推出用于抄表采集器或集中器用的SPI接口的16kbit到4Mbit的多容量的FRAM存儲(chǔ)器,。這些產(chǎn)品最大的優(yōu)勢(shì)是高速寫(xiě)入,，高寫(xiě)入操作耐久性和高可靠性，適用于智能四表的掉電保護(hù)等高可靠性設(shè)計(jì)要求,。

“另外,，針對(duì)工業(yè)電表，富士通還可以提供ReRAM,。低功耗和大容量的ReRAM是那些以讀操作為主,，更換電池困難，抄表困難但需長(zhǎng)時(shí)間保持?jǐn)?shù)據(jù)的流量?jī)x表的最佳解決方案,?！瘪T逸新稱(chēng)，“目前第一代產(chǎn)品4M bit早已量產(chǎn)之中,，第二代產(chǎn)品8M bit已經(jīng)開(kāi)始供給ES樣品,，未來(lái)第三代產(chǎn)品將開(kāi)發(fā)SPI 2M bit產(chǎn)品，可用于替代EEPROM,，應(yīng)用于需要高溫操作的工業(yè)電表等應(yīng)用當(dāng)中,。”

同時(shí),，富士通業(yè)已著手開(kāi)發(fā)與試產(chǎn)下一代高性能存儲(chǔ)產(chǎn)品——NRAM,。其同時(shí)繼承了FRAM的高速寫(xiě)入、高讀寫(xiě)耐久性,，又具備與NOR Flash相當(dāng)?shù)拇笕萘颗c造價(jià)成本,，并實(shí)現(xiàn)很低的功耗。在智能表計(jì)使用中,，一個(gè)NRAM就可以替代電,、水,、氣,、熱表中的Flash,、FRAM和EEPROM等所有存儲(chǔ)單元，不僅減少了存儲(chǔ)器的使用數(shù)量,，也有利于系統(tǒng)工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)上的難度,。

作為NRAM的第一代產(chǎn)品，16M bit的DDR3+SPI接口產(chǎn)品最快將于今年底上市,，勢(shì)必引發(fā)存儲(chǔ)行業(yè)的新一輪變革,。馮逸新自信地表示：“NRAM既繼承了FRAM的高性能，又具有替換NOR Flash大容量的特點(diǎn),，我們堅(jiān)信這必將是一個(gè)劃時(shí)代的存儲(chǔ)器解決方案,！”

總結(jié)

“富士通工業(yè)級(jí)FRAM已經(jīng)量產(chǎn)20年之久，積累了非常多量產(chǎn)工藝經(jīng)驗(yàn),，從1999年至今,，總共出貨達(dá)41億顆！” 馮逸新總結(jié)道,。事實(shí)上,，除了表計(jì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，富士通FRAM產(chǎn)品還應(yīng)用于RFID,、醫(yī)療電子,、汽車(chē)電子等廣泛的領(lǐng)域，某種程度上來(lái)說(shuō),，小小的FRAM存儲(chǔ)器正在廣泛賦能各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用,！以目前智能表計(jì)行業(yè)的情況來(lái)看，想做到真正的智能化,，還需要經(jīng)歷從功能到性能的全面飛躍,，從關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的變革做起實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新將加速產(chǎn)品和行業(yè)的升級(jí)。