具有快速數(shù)據(jù)傳輸功能的4Mbit FeRAM MB85RQ4ML

存儲(chǔ)器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)最關(guān)鍵的組件之一，已經(jīng)形成主要由DRAM與NAND Flash構(gòu)成的超千億美元的市場(chǎng)。隨著萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，人工智能、智能汽車(chē)等新興應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)存儲(chǔ)提出了更高的性能要求，促使新型存儲(chǔ)器迅速發(fā)展，影響未來(lái)存儲(chǔ)器市場(chǎng)格局。目前，新型存儲(chǔ)器主要有4種：相變存儲(chǔ)器（PCM），鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM），磁性存儲(chǔ)器（MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（ReRAM）。其中，F(xiàn)eRAM是一種理想的存儲(chǔ)器，在計(jì)算機(jī)、航天航空、軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，世界上許多大的半導(dǎo)體公司對(duì)此都十分重視。

加賀富儀艾電子旗下代理品牌富士通半導(dǎo)體正在批量生產(chǎn)具有快速數(shù)據(jù)傳輸功能的 4Mbit FeRAM MB85RQ4ML。這種非易失性存儲(chǔ)器可以在最大 108MHz 的工作頻率下實(shí)現(xiàn)每秒 54MByte 的數(shù)據(jù)傳輸率，并具有四個(gè) I/O 引腳的 Quad SPI 接口(圖1)。本產(chǎn)品具有高速運(yùn)算和非易失性的特點(diǎn)，非常適合用于需要快速數(shù)據(jù)重寫(xiě)的可編程邏輯控制器(PLC)和路由器等工業(yè)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

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圖 1：MB85RQ4ML 封裝

20 多年來(lái)，富士通半導(dǎo)體已量產(chǎn)的 FeRAM 產(chǎn)品，與 EEPROM 和閃存相比，具有更高的讀寫(xiě)耐久性、更快的寫(xiě)入速度和更低的功耗。到目前為止，這些高可靠性產(chǎn)品已成功應(yīng)用于工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、消費(fèi)和汽車(chē)領(lǐng)域。

此外，一些客戶(hù)一直在要求 FeRAM 可以在非易失性存儲(chǔ)器的同時(shí)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸。我們很高興能夠通過(guò) Quad SPI 4Mbit FeRAM 產(chǎn)品滿(mǎn)足這一要求。

?MB85RQ4ML采用Quad SPI接口和1.8V電源電壓，在108MHz工作頻率下數(shù)據(jù)傳輸速率為54MB/s。在此產(chǎn)品發(fā)布之前，具有 16 個(gè) I/O 引腳的并行接口的 4Mbit FeRAM 是最快的 FeRAM，具有 13MB/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度。然而，MB85RQ4ML 只有四個(gè) I/O 管腳，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)大約是并行接口 FeRAM 的 4 倍(圖3)。?其封裝為 16pin SOP，封裝尺寸為 7.5mm x 10.3mm。

圖 3：數(shù)據(jù)傳輸率比較

如果您在產(chǎn)品中使用閃存、EEPROM 或低功耗 SRAM，并且遇到以下任何問(wèn)題，請(qǐng)考慮使用富士通半導(dǎo)體的 FeRAM 解決方案。

狀態(tài)：使用閃存 問(wèn)題：由于寫(xiě)入耐久性較低，軟件開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)較大

閃存保證幾十萬(wàn)次的寫(xiě)周期。如果數(shù)據(jù)被多次寫(xiě)入內(nèi)存中的同一區(qū)域，該區(qū)域很快就會(huì)達(dá)到保證寫(xiě)入周期時(shí)間的上限。因此，設(shè)計(jì)工程師必須開(kāi)發(fā)一種名為“wear leveling”的軟件來(lái)分配內(nèi)存區(qū)域中的寫(xiě)入位置，以使數(shù)據(jù)不會(huì)多次寫(xiě)入同一位置。軟件開(kāi)發(fā)的工作量對(duì)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)。而 FeRAM 保證 10 萬(wàn)億次讀/寫(xiě)周期，并且數(shù)據(jù)可以像低功耗 SRAM 一樣被覆蓋到內(nèi)存區(qū)域。這些功能有助于設(shè)計(jì)工程師，因?yàn)楣こ處煵恍枰_(kāi)發(fā)復(fù)雜的數(shù)據(jù)寫(xiě)入軟件，例如磨損均衡（圖4）。

圖 4：磨損均衡示意圖

狀態(tài)：使用 EEPROM 問(wèn)題：數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng)

EEPROM 即使是 8 位數(shù)據(jù)寫(xiě)入也有 5ms 的寫(xiě)入周期時(shí)間，因?yàn)樗藢?xiě)入操作之外還包括擦除操作。另一方面，F(xiàn)eRAM 具有較短的寫(xiě)入時(shí)間，例如在 8 位數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)為數(shù)百納秒，因?yàn)樗恍枰脸僮鳎▓D5）。此外，帶有 SPI 接口的 EEPROM 在最高 20MHz 的工作頻率下具有 2.5Mbyte/s 的數(shù)據(jù)傳輸率。而富士通半導(dǎo)體的 Quad SPI FeRAM 有 54Mbyte/s，是 EEPROM 的 20 倍以上。

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圖 5：寫(xiě)入時(shí)間比較

狀態(tài)：使用 SRAM 問(wèn)題：難以取出電池并減少組件安裝面積

低功耗 SRAM 需要電池來(lái)保存數(shù)據(jù)以保存寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，但由于非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)eRAM 不需要電池。然后，由于 SRAM 有 16 個(gè) I/O 引腳，許多 SRAM 采用 44pin TSOP 封裝形式，但 MB85RQ4ML 采用 16pin SOP 封裝，具有 4 個(gè) I/O 引腳。這意味著，如果您將 SRAM 替換為 FeRAM，您可以通過(guò)移除電池并使用更小的封裝來(lái)減少 77% 的內(nèi)存安裝面積（圖6）。

圖 6：內(nèi)存安裝區(qū)域比較

綜上所述，如果您在產(chǎn)品中使用傳統(tǒng)存儲(chǔ)器件時(shí)遇到任何問(wèn)題，您可以期待使用 FeRAM 器件來(lái)降低成本、縮短開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品性能和縮小產(chǎn)品尺寸等。（圖7）

圖 7：FeRAM 的客戶(hù)要求和解決方案

在處理大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，數(shù)據(jù)處理量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的內(nèi)存需要頻繁的數(shù)據(jù)重寫(xiě)。MB85RQ4ML具有10萬(wàn)億次讀寫(xiě)耐久性和高速運(yùn)行特性，是PLC和路由器等需要連續(xù)重寫(xiě)設(shè)置數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的理想存儲(chǔ)器。

審核編輯：劉清