低功耗和緊湊型解決方案滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存要求

2014 年，賽普拉斯推出了 HyperBus 接口，該接口利用并行和串行接口存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)特性，提高了系統(tǒng)性能，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，并顯著降低了成本。在支持 HyperBus 的解決方案中，HyperRAM 是一種新穎的技術(shù)解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá) 333 MB/s 的吞吐量，在 HyperRAM 2.0 中增加到 400 MB/s。HyperRAM 2.0 是一種高速、低引腳數(shù)自刷新動(dòng)態(tài) RAM (DRAM)，專(zhuān)為需要擴(kuò)展內(nèi)存的高性能嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，例如汽車(chē)、工業(yè)、消費(fèi)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。HyperRAM 2.0 提供 HyperBus 和 Octal SPI 接口，并在 DDR 模式下提供高達(dá) 400 MBps 的讀/寫(xiě)帶寬。

超內(nèi)存

通過(guò)與 Cypress 的合作，華邦電子已經(jīng)推出了 32Mb 到 512Mb 密度的產(chǎn)品。目前，車(chē)規(guī)級(jí)24BGA（6×8 mm 2）、面向消費(fèi)級(jí)可穿戴市場(chǎng)的WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package）、KGD（Known Good Die）等產(chǎn)品均已上市。

除了 Cypress 之外，其他相關(guān)的領(lǐng)先 MCU 制造商，如 NXP、Renesas、ST 和 TI 都已經(jīng)開(kāi)發(fā)了支持 HyperBus 接口的微控制器，并且他們的支持也有望在未來(lái)得到支持。同時(shí)，Cadence、Synopsys 和 Mobiveil 等領(lǐng)先的芯片 IP 供應(yīng)商也開(kāi)始提供 HyperBus 內(nèi)存控制 IP，從而加快了包含該內(nèi)存解決方案的產(chǎn)品的上市時(shí)間。

HyperRAM 可以顯著提高終端設(shè)備的性能，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

低功耗：此特性是通過(guò)混合睡眠模式 (HSM) 實(shí)現(xiàn)的，該模式僅消耗 45μW@1.8V 和 55μW@3V（與相同容量的待機(jī)模式 SDRAM 的 2000μW@3.3V 相比）

減少占用空間：低引腳數(shù)可以節(jié)省 PCB 上的寶貴空間

易于控制：使用較少的活動(dòng)引腳，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，而不會(huì)影響整體系統(tǒng)性能。

除了更高的功耗外，低功耗 SDRAM 的外形尺寸比 HyperRAM 更大，這并不使其成為應(yīng)盡可能減少占用空間和 PCB 面積的理想解決方案。如圖 1 所示，HyperRAM 接口僅需要 13 個(gè)引腳（DQ[7:0]、RWDS、CS#、RESET#、CK 和 CK#），大大簡(jiǎn)化了 PCB 設(shè)計(jì)和封裝尺寸。反之亦然，傳統(tǒng)的 SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 38 個(gè)引腳和 8×8 mm 2的面積，而 LP SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 41 個(gè)引腳和 9×8 mm 2的面積。因此，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，更多引腳可用于實(shí)現(xiàn)附加功能，從而使解決方案更具成本效益。

圖 1：華邦 HyperRAM 框圖

HyperRAM 的另一個(gè)相關(guān)特性是它是一個(gè)自刷新 RAM，這意味著它可以在完成讀/寫(xiě)操作后自動(dòng)返回待機(jī)模式。這可以減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)和固件開(kāi)發(fā)的工作量。

關(guān)于可以從該解決方案中受益的用例和行業(yè)，它們包括所有需要低功耗和高 MCU 計(jì)算能力的應(yīng)用，例如汽車(chē)、工業(yè) 4.0、智能家居、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。此外，對(duì)于智能揚(yáng)聲器和智能電表等電池供電設(shè)備，低功耗對(duì)于實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命至關(guān)重要。

華邦 HyperRAM 是嵌入式 AI 和圖像處理分類(lèi)的理想解決方案，其中設(shè)備應(yīng)盡可能小，同時(shí)提供足夠的內(nèi)存空間來(lái)支持計(jì)算密集型算法，例如人臉識(shí)別、物體檢測(cè)、實(shí)時(shí)圖像識(shí)別和邊緣計(jì)算。

“HyperRAM實(shí)際應(yīng)用案例主要有兩種：一種是精準(zhǔn)圖像識(shí)別，一種是語(yǔ)音識(shí)別，兩者都支持語(yǔ)音或圖像的AI模型”，華邦半導(dǎo)體DRAM市場(chǎng)經(jīng)理Jacky Tseng在接受采訪(fǎng)時(shí)表示。與 EEWeb。

SpiStack

SpiStack 是華邦開(kāi)發(fā)的一種內(nèi)存解決方案，它是通過(guò)將一個(gè) NOR 裸片和一個(gè) NAND 裸片堆疊到同一個(gè)封裝中而形成的，例如一個(gè) 64Mb 串行 NOR 和一個(gè) 1Gb QspiNAND 裸片。該解決方案使設(shè)計(jì)人員能夠靈活地將代碼存儲(chǔ)在 NOR 裸片中，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 NAND 裸片中。

通過(guò)堆疊同構(gòu)或異構(gòu)閃存模塊，SpiStack 提供了具有不同密度的各種存儲(chǔ)器，用于代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)為設(shè)計(jì)人員提供最大的存儲(chǔ)靈活性以滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)要求。SpiStack 存儲(chǔ)器只需要 8 個(gè)信號(hào)管腳，而與堆疊裸片的數(shù)量無(wú)關(guān)。可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件芯片選擇命令切換有源芯片，提供工廠分配的芯片 ID 號(hào)。該器件的時(shí)鐘頻率可高達(dá) 104MHz，對(duì)應(yīng)于 Quad-SPI 下的 416MHz 時(shí)鐘速率。此外，SpiStack (NOR+NAND) 支持并發(fā)操作，這意味著其中一個(gè)裸片可以被編程或擦除，而另一個(gè)裸片可以同時(shí)編程/擦除/讀取，反之亦然。例如，應(yīng)用程序可以使用 NOR 裸片（SpiFlash，它提供更好的耐用性和保持力，和快速的隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間）用于存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼和應(yīng)用程序代碼，而多個(gè)大型數(shù)據(jù)（例如嵌入式 AI 和相機(jī)圖像的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)）可以存儲(chǔ)在 NAND 芯片（QspiNAND）上。多個(gè) SpiFlash 裸片，每個(gè)裸片的密度范圍從 16Mb 到 2Gb，可以與 NOR 和 NAND 裸片的任意組合堆疊。

如圖 2 所示，SpiStack 提供比連續(xù)讀取的串行 NAND 更好的讀取性能。這是因?yàn)?SpiStack 支持并發(fā)操作：在一個(gè)芯片上執(zhí)行讀取操作時(shí)，可以在另一個(gè)芯片上執(zhí)行寫(xiě)入/擦除操作，而不會(huì)中斷數(shù)據(jù)更新的代碼執(zhí)行。

圖 2：SpiStack 與串行 NAND（續(xù)）。讀取性能

采用 SpiStack 解決方案帶來(lái)的主要好處主要有以下三個(gè)：

PCB 占用空間?。哼@是多個(gè)應(yīng)用的強(qiáng)制性要求，包括物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、消費(fèi)類(lèi)和醫(yī)療設(shè)備

成本效益：SpiStack 解決方案允許減少組件數(shù)量和引腳數(shù)量，簡(jiǎn)化 PCB 布局和布線(xiàn)

高靈活性：NOR 和 NAND die 的尺寸可以組合以滿(mǎn)足特定的應(yīng)用需求。SpiFlash NOR 閃存提供 16Mb、32Mb、64Mb、128Mb 和 256Mb 大小，而 QspiNAND 提供 512Mb、1Gb 和 2Gb 大小。

“我們解決方案的第一個(gè)好處是它可以提供更小的外形尺寸，這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用至關(guān)重要。第二個(gè)是成本，可以通過(guò)將兩個(gè)內(nèi)存芯片放在同一個(gè)芯片組中來(lái)降低成本。第三個(gè)好處是客戶(hù)可以選擇任何可用密度的 NOR 和 NAND 裸片”，華邦閃存營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Wilson Huang 說(shuō)。

此外，通過(guò)將兩個(gè)芯片集成在一個(gè)封裝中可以降低制造成本，并且通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)封裝，即 8 焊盤(pán) WSON 8mmx6mm 封裝來(lái)保持硬件兼容性（見(jiàn)圖 3）。

圖 3：SpiStack WSON 包

“我們提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，因?yàn)槲覀冎皇褂贸墒炜煽康募夹g(shù)（46nm NAND 和 58nm NOR）。因此，質(zhì)量非常好，我們的客戶(hù)不需要擔(dān)心質(zhì)量”，華邦的演講者總結(jié)道。

審核編輯 黃昊宇