在工業(yè)自動化、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或嵌入式系統(tǒng)中，既能滿足嚴(yán)苛的環(huán)境要求，又兼具性能與節(jié)能的優(yōu)點的存儲器，非FeRAM莫屬。

FeRAM（鐵電隨機存取存儲器）最為獨特的優(yōu)勢在于它結(jié)合了非易失性和高速寫入性能，這種特性是其他存儲器無法同時具備的。與傳統(tǒng)的DRAM雖然都能實現(xiàn)高速讀寫，但后者在斷電后會丟失數(shù)據(jù)；而與Flash相比，盡管都具有非易失性，F(xiàn)lash的寫入速度卻遠(yuǎn)不及FeRAM。因此，F(xiàn)eRAM在能夠保存數(shù)據(jù)的同時，還能實現(xiàn)幾乎瞬時的寫入操作，成為存儲技術(shù)中獨一無二的存在。

作為FeRAM領(lǐng)域的主要玩家，RAMXEED（原富士通半導(dǎo)體）已經(jīng)在此領(lǐng)域深耕二十多年。RAMXEED總經(jīng)理馮逸新于近日參加了E維智庫第12屆中國硬科技產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新趨勢峰會暨百家媒體論壇，并發(fā)布了題為《全新一代FeRAM，高可靠性和無遲延應(yīng)用首選》的演講。

FeRAM和ReRAM，程序數(shù)據(jù)存儲和日記數(shù)據(jù)記錄的雙雄

FeRAM是一種結(jié)合了RAM的隨機存取特性和ROM的非易失性特點的存儲技術(shù)，能夠在斷電后保存數(shù)據(jù)，同時具備高速讀寫的能力。與傳統(tǒng)的DRAM和SRAM相比，F(xiàn)eRAM在斷電后不丟失數(shù)據(jù)，而與Flash相比，F(xiàn)eRAM寫入速度更快，且無需擦除操作。在優(yōu)勢方面，F(xiàn)eRAM的寫入時間僅為120ns，遠(yuǎn)超EEPROM和Flash的寫入速度，并且讀寫耐久性高達(dá)1013次，幾乎沒有EEPROM和Flash那樣的磨損問題。此外，F(xiàn)eRAM的功耗極低，不需要額外的電荷泵電路，在節(jié)能方面具有明顯優(yōu)勢。

與ReRAM相比，F(xiàn)eRAM主要應(yīng)用于日志數(shù)據(jù)記錄等對讀寫耐久性要求較高的場景，而ReRAM則側(cè)重于程序數(shù)據(jù)存儲的領(lǐng)域?？傮w而言，F(xiàn)eRAM在高頻率、耐久性和低功耗方面占據(jù)領(lǐng)先地位，特別適合需要頻繁讀寫、數(shù)據(jù)保持和低功耗的應(yīng)用，如工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

ReRAM（阻變式隨機存取存儲器，Resistive Random Access Memory）則是一種基于電阻變化原理的非易失性存儲器。它通過在不同電壓下改變材料的電阻狀態(tài)來記錄信息，這使得它在斷電后仍然能保持?jǐn)?shù)據(jù)。ReRAM的工作原理不同于傳統(tǒng)的Flash、DRAM或FeRAM，它通過改變材料的導(dǎo)電性來存儲數(shù)據(jù)，而不依賴電子的存儲或移動，因此具有獨特的優(yōu)勢。

“最近幾年ReRAM在全球受到很多關(guān)注，很多人認(rèn)為NOR Flash在下一代的時候工藝會進入瓶頸，未來可以替代NOR Flash的是ReRAM，但是ReRAM目前量產(chǎn)最大的容量是12Mb?，F(xiàn)在要替代NOR Flash，ReRAM的容量需要達(dá)到16Mbit到1Gb，根據(jù)報道，包括海力士、中芯國際（SMIC）、中芯國際（SMIC）等知名半導(dǎo)體公司都在研發(fā)這個產(chǎn)品?！瘪T逸新解釋到，“RAMXEED是實現(xiàn)ReRAM量產(chǎn)的為數(shù)不多的半導(dǎo)體供應(yīng)商，目前最大容量12Mbit。目前ReRAM，大家可以這么理解，相當(dāng)于EEPROM的加強版，容量更大，DIE（晶粒）尺寸更小，讀出功耗更低。這就適合于助聽器，因為助聽器不需要寫入，根據(jù)每個人的聽力能力，設(shè)定一個參數(shù)，每次用的時候讀出來即可?！?

FeRAM/ReRAM無處不在，RAMXEED利用RFID技術(shù)提供增值功能

FeRAM的應(yīng)用覆蓋了多個關(guān)鍵行業(yè)和場景，憑借其在斷電時仍能保留數(shù)據(jù)的能力，保障了重要日志數(shù)據(jù)的精確記錄。在智能電網(wǎng)中，F(xiàn)eRAM用于電能計量設(shè)備、充電樁和光伏設(shè)備中，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)在斷電時的安全性；在汽車和工業(yè)機械領(lǐng)域，F(xiàn)eRAM適用于動力電池管理、胎壓監(jiān)測等系統(tǒng)，為緊急斷電時的數(shù)據(jù)保留提供了保障；在工廠自動化中，它用于控制設(shè)備和機器人，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的持續(xù)可靠性。

此外，F(xiàn)eRAM在醫(yī)療設(shè)備、游戲娛樂設(shè)備和云端計算中也有重要應(yīng)用。醫(yī)療領(lǐng)域使用FeRAM記錄呼吸機、助聽器等設(shè)備的數(shù)據(jù)，保證斷電情況下的日志完整性；娛樂設(shè)備和服務(wù)器控制卡也依賴FeRAM的高可靠性來記錄運行信息。在樓宇自動化和通信設(shè)備中，F(xiàn)eRAM適用于電梯和基站系統(tǒng)，提升斷電情況下的故障恢復(fù)能力；而在標(biāo)簽和智能卡中，F(xiàn)eRAM則以其高密度、低功耗的特性增強了RFID等產(chǎn)品的可靠性。

同時，ReRAM在可穿戴設(shè)備中也占有一席之地，主要用于低功耗、小體積的助聽器和智能穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄，滿足小型設(shè)備的特殊需求。

“富士通從過去80年代的半導(dǎo)體到現(xiàn)在，還積累了一些無線供電的技術(shù)（FRID），還有一些識別微弱信號的模擬傳感器技術(shù)，希望為客戶創(chuàng)造更高的附加價值。”馮逸新分享到，“面向無源旋轉(zhuǎn)編碼器之外，我們還將利用微弱脈沖電力驅(qū)動的無源存儲器在未來會做發(fā)展?！?

據(jù)悉，RAMXEED的FeRAM的定制專用LSI（大規(guī)模集成電路）在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的多種應(yīng)用，分為三大模塊：射頻無線充電、模擬傳感、以及能量采集。

射頻無線充電（RF, Wireless charging）：通過UHF和HF頻段的RFID技術(shù)，實現(xiàn)無線充電和數(shù)據(jù)通信。高頻（HF）RFID具備高密度存儲和NFC通信的能力，而超高頻（UHF）RFID則能支持小尺寸芯片、無線充電以及EPC通信。這些技術(shù)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)的新器件中，整合了無線充電和傳感功能。

模擬傳感（Analog sensing）：此部分的功能主要是電源脈沖傳感，通過8位的ADC和LNA實現(xiàn)微弱信號的識別，目標(biāo)是開發(fā)小尺寸、低功耗的傳感芯片，以支持更高效的信號檢測。

能量采集（Energy Harvesting）：應(yīng)用于無源編碼器等領(lǐng)域，通過能量采集技術(shù)使設(shè)備無需電池即可運行。同時，該技術(shù)還計劃應(yīng)用于更廣泛的無源存儲器開發(fā)，實現(xiàn)低功耗和內(nèi)置的電源管理功能。

總體而言，F(xiàn)eRAM的定制LSI利用多年積累的RFID技術(shù)，將無線充電、模擬傳感和能量采集集成在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，不僅增加了設(shè)備的附加價值，也推動了無源低功耗設(shè)備的發(fā)展。

下一代高速FeRAM，堆疊技術(shù)實現(xiàn)更大更快

RAMXEED已經(jīng)開始了下一代FeRAM的產(chǎn)品布局，據(jù)悉其開發(fā)目標(biāo)集中在大容量化和高速化，以滿足日益增長的數(shù)據(jù)存儲需求。首先，F(xiàn)eRAM的容量將從32Mb提升到128Mb，采用鏡像芯片（Mirror Chip）設(shè)計實現(xiàn)更高的存儲密度。同時，F(xiàn)eRAM的寫入速度將從120ns大幅縮短至35ns，使其具備與SRAM和MRAM相媲美的高性能。在應(yīng)用前景上，高速FeRAM有望替代SRAM+電池組合、SRAM+EEPROM組合，甚至MRAM，成為新一代低成本、高效能的非易失性存儲解決方案。此外，通過堆疊技術(shù)進一步提升FeRAM的存儲密度，使其在高頻讀寫和數(shù)據(jù)保留的場景中表現(xiàn)出色。

馮逸新在現(xiàn)場展示了下一代4Mbit并口FeRAM的目標(biāo)規(guī)格和開發(fā)路線圖，旨在提升FeRAM的寫入速度和容量，使其在高性能應(yīng)用中更具競爭力。

目標(biāo)規(guī)格：當(dāng)前的FeRAM寫入周期為120ns，訪問周期為65ns，而新一代高速FeRAM的寫入和訪問周期都縮短至35ns，與SRAM和MRAM相媲美。同時，新FeRAM的工作電流（ICC）和電壓（VDD）均得到優(yōu)化，以降低功耗。

開發(fā)路線圖：路線圖顯示，第一代高速FeRAM的開發(fā)將在2026年推出1Mb至4Mb容量版本，寫入周期為35ns，并提供試用樣品以供客戶測試。第二代高速大容量FeRAM預(yù)計在2027至2028年發(fā)布，容量將達(dá)到8Mb至16Mb，并保持35ns的高速寫入能力。

這些改進旨在通過顯著縮短寫入周期和提升容量，使FeRAM成為MRAM和SRAM的替代品，為客戶提供更快、更高效的存儲解決方案。

不止于此，RAMXEED還將帶來Quad SPI接口的FeRAM的新品。

RAMXEED展示了從傳統(tǒng)4Mbit SRAM+電池解決方案向4/8Mbit FeRAM過渡的可能路徑。FeRAM通過并行和Quad SPI接口提供選擇，以滿足不同的應(yīng)用需求，例如去除電池和減少PCB布線。與傳統(tǒng)SRAM和SPI相比，Quad SPI FeRAM（108MHz）的寫入時間更快，僅需9.7ms，顯著優(yōu)于SRAM和普通SPI的寫入時間。

RAMXEED計劃通過引入新的封裝形式（如24-pin FBGA）來擴展QSPI FeRAM的產(chǎn)品線，以達(dá)到市場競爭水平。當(dāng)前封裝涵蓋1M到16M容量的多種規(guī)格，未來根據(jù)市場需求，還會開發(fā)6Mbit產(chǎn)品。

在2024至2028年期間，計劃推出新的封裝和接口版本，包括16-pin SOP和24-pin FBGA，以滿足不斷增長的市場需求，提升FeRAM在高性能存儲市場的競爭力。

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其實FeRAM在市場上的應(yīng)用量并不算大，主要的瓶頸有兩個，一是容量太小，目前最大容量是8Mbit；二是成本比較高，限制了發(fā)展。

“在Memory市場， DRAM和Flash約占存儲器的98%，剩下的2%是利基市場，這里面還包括了EEPROM、FeRAM。”馮逸新分享到，“因為相對其他存儲器，由于特有的產(chǎn)品構(gòu)造，F(xiàn)eRAM的工藝太舊。如何提高性價比，的確要做很多東西，一是繼續(xù)把它變得更小，剛有提到疊加技術(shù)可以把容量做的更大，同時還得是市場的需求量越大，成產(chǎn)的成本才會更小一些。未來我們不僅是8Mbit，可以做到32Mbit，就可以進入到Nor Fash的容量范圍之內(nèi)?！?