下一代存儲“神器”NRAM已在路上 富士通將引領(lǐng)計量存儲技術(shù)變革

過去十年，智能電表大范圍替代傳統(tǒng)電表的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的一個縮影。中商產(chǎn)業(yè)研究院相關(guān)報告指出，預(yù)計2021年全球智能電表市場營收規(guī)模將達(dá)142.2億美元，與2016年的88.4億美元、2017年的97.2億美元相比，年均復(fù)合增長率約10%。而Navigant Research研究報告指出，中國在2018年第一季度持續(xù)引領(lǐng)全球智能電表市場，安裝量超過4.96億臺，占全球總量的68.4%，并正在向下一代智能電表發(fā)展。

圖1：中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測2021年全球智能電表市場營收規(guī)模

由此看來，中國智能電表行業(yè)已全面落地，這是否意味著電表市場將趨于平穩(wěn)？非也。智能電表屬于強(qiáng)制檢定設(shè)備，到期需要更換，更換周期一般為5-10年。值得一提的是，國家電網(wǎng)發(fā)布智能電網(wǎng)規(guī)劃、并啟動大規(guī)模智能電表安裝的時間點正是2009年，這表示中國的智能電表市場正處于集中替換周期。對于智能電表行業(yè)的供應(yīng)鏈而言，無疑是重磅的利好消息！日前，富士通電子元器件（上海）有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新在一次公開研討會上表達(dá)了同樣的觀點：“智能表計行業(yè)是富士通長期關(guān)注的重點業(yè)務(wù)，在未來幾年具有很大的市場潛力?！睂Υ?，富士通推出了眾多創(chuàng)新型存儲產(chǎn)品，如FRAM鐵電存儲器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)存儲器被廣泛采用，在中國、歐洲、北美等地區(qū)擁有很大的市場占有率，比如威勝集團(tuán)、海興電力、林洋能源、Itron、西門子等業(yè)界主流的電表供應(yīng)商都是富士通FRAM的客戶。

累計出貨超八千萬，富士通FRAM強(qiáng)勢進(jìn)擊電表市場

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，對數(shù)據(jù)鏈上如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用提出了更高的要求。對于智能電表而言，數(shù)據(jù)記錄及存儲需要考慮準(zhǔn)確記錄、非易失性、耐久度等多個方面的需求。因此，智能電表方案商需考慮挑選合適的存儲產(chǎn)品予以應(yīng)對。馮逸新稱：“富士通FRAM在需要準(zhǔn)確記錄和存儲智能電表重要數(shù)據(jù)的應(yīng)用中、發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如電表使用的重要數(shù)據(jù)，需要在非常短的間隔（1-3次/秒）里保存在存儲器，并確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整?！?/p>

圖2：智能電表選用FRAM可確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整

以256Kb獨立FRAM存儲器為例，每寫入1Byte數(shù)據(jù)，所需時間僅為150ns。因此，富士通FRAM在智能電表應(yīng)用中帶來了關(guān)鍵的優(yōu)勢：掉電保護(hù)重要數(shù)據(jù)。國家電網(wǎng)公司也有規(guī)定，重要數(shù)據(jù)必須以1次/秒的頻率實時記錄到存儲器，按照智能電表10年運行周期來計算，存儲器需達(dá)到寫入次數(shù)為：1*60*60*24*365*10=3.2億次。當(dāng)前，單片F(xiàn)RAM寫入次數(shù)壽命高達(dá)10萬億次，而EEPROM僅有百萬次。顯然，選用高速、高讀寫耐久性的富士通FRAM能夠滿足數(shù)據(jù)寫入性的要求，并在掉電或者其它異常情況發(fā)生時，能確保重要數(shù)據(jù)的完整記錄，從而確保電力產(chǎn)業(yè)的準(zhǔn)確收費。馮逸新自豪地表示：“富士通FRAM在智能電表行業(yè)已深耕10年之久，內(nèi)置有富士通FRAM的智能電表是當(dāng)前電力公司所追求的理想解決方案！2018年，富士通FRAM面向全球電表客戶已累計交貨8，000萬片，為智能電表行業(yè)提供高性能、高可靠的存儲方案！”

圖3：面向全球電表客戶的富士通FRAM產(chǎn)品已累計交貨8，000萬片

不僅如此，在物聯(lián)網(wǎng)時代，企業(yè)與消費者對數(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。對此，富士通FRAM賦予了智能電表應(yīng)用的另一優(yōu)勢，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，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的時間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù)，相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢。

圖4：智能電表防止黑客盜竊或篡改信息的系統(tǒng)構(gòu)成及FRAM高速擦除數(shù)據(jù)的優(yōu)勢

基于FRAM實現(xiàn)低成本“通用”智能表計方案

經(jīng)過智能電表市場的長期驗證，富士通FRAM產(chǎn)品在不斷優(yōu)化性能與降低成本的同時，也逐步轉(zhuǎn)向更廣泛的智能表計市場，如水表、熱表、燃?xì)獗淼阮I(lǐng)域。“水、氣表這些行業(yè)與電表的市場規(guī)律有一定的差異，”馮逸新表示，“最明顯的一點就是水表、氣表必須選用電池供電，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?！?/p>

據(jù)介紹，富士通FRAM在近幾年也逐漸打入全球智能水、氣表的主流供應(yīng)鏈，成為準(zhǔn)確記錄和存儲智能水、氣表重要數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。富士通FRAM在智能水、氣表中的應(yīng)用，與智能電表類似，如非易失性與高寫入耐久性確保了準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)記錄。此外，由于水、氣表使用電池供電，F(xiàn)RAM擁有超低功耗的特性使之備受方案商的青睞。以64Byte數(shù)據(jù)寫入為例，F(xiàn)RAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440，可以輕松應(yīng)對實時、頻繁存儲數(shù)據(jù)的工作模式，這不僅大大延長了電池壽命，更有助于電池與設(shè)備的小型化。

圖5：富士通FRAM在智能水、氣表計中的應(yīng)用

在實際應(yīng)用中，富士通建議采用超低容量FRAM （4Kbit）與EEPROM并用，幫助實現(xiàn)低成本的電、水、氣、熱智能表計方案。馮逸新表示：“智能電表，特別是單相電、水、氣、熱表對方案成本的要求非?？量?，采用FRAM與EEPROM并用的方案設(shè)計可實現(xiàn)智能表計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?！?/p>

圖6：基于FRAM打造低成本的智能表計方案

性能突破、造價更低，下一代存儲“神器”NRAM已在路上！

如上文提及，富士通FRAM已經(jīng)能夠滿足智能表計應(yīng)用的各類需求，但富士通已投入開發(fā)與試產(chǎn)下一代高性能存儲產(chǎn)品——NRAM。NRAM是富士通與Nantero公司協(xié)議授權(quán)后，共同打造的下一代顛覆性新型存儲器，因為它同時繼承了FRAM的高速寫入、高讀寫耐久性，又具備與NOR Flash相當(dāng)?shù)拇笕萘颗c造價成本，并實現(xiàn)很低的功耗。以智能表計方案為例，使用一個NRAM就可以替代電、水、氣、熱表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存儲單元，不僅減少了存儲器的使用數(shù)量，也有利于系統(tǒng)工程師簡化設(shè)計上的難度。

圖7：基于富士通NRAM可簡化智能表計方案設(shè)計

作為NRAM的第一代產(chǎn)品，16M bit的DDR3 SPI接口產(chǎn)品最快將于2020年底上市，勢必引發(fā)存儲行業(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，我們堅信這必將是一個劃時代的存儲器解決方案！敬請期待！”