低功耗和緊湊型解決方案滿足嵌入式系統內存要求

2021-08-20

低功耗和緊湊型解決方案滿足嵌入式系統內存要求

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器的傳統特性，提高了系統性能，簡化了設計，并顯著降低了成本。在支持 HyperBus 的解決方案中，HyperRAM 是一種新穎的技術解決方案，可以實現高達 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、低引腳數的自刷新動態 RAM (DRAM)，專為需要擴展內存的高性能嵌入式系統而設計，例如汽車、工業、消費和物聯網應用。HyperRAM 2.0 提供 HyperBus 和 Octal SPI 接口，并在 DDR 模式下提供高達 400 MBps 的讀/寫帶寬。

超級內存

通過與賽普拉斯的合作，華邦電子已經推出了32Mb到512Mb密度的產品。目前，24BGA（6×8mm 2）汽車級、WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package）面向消費級可穿戴市場、KGD（Known Good Die）產品都已上市。

除賽普拉斯外，其他相關領先的MCU廠商如NXP、Renesas、ST、TI等都已經開發出了支持HyperBus接口的微控制器，未來也有望支持。同時，Cadence、Synopsys 和 Mobiveil 等領先的硅 IP 提供商也開始提供 HyperBus 內存控制 IP，從而加快了包含該內存解決方案的產品的上市時間。

HyperRAM 可以顯著提高終端設備的性能，其主要優勢如下：

低功耗：此功能是通過混合睡眠模式 (HSM) 實現的，該模式僅消耗 45μW@1.8V 和 55μW@3V（與具有相同容量的待機模式 SDRAM 的 2000μW@3.3V 相比）

減少占用空間：低引腳數可以節省 PCB 上的寶貴空間

易于控制：使用較少的有源引腳，設計更簡單，而不會影響整體系統性能。

除了更高的功耗外，低功耗 SDRAM 的外形尺寸比 HyperRAM 更大，這并不使它成為需要盡可能減少占位面積和 PCB 面積的理想解決方案。如圖 1 所示，HyperRAM 接口只需要 13 個引腳（DQ[7:0]、RWDS、CS#、RESET#、CK 和 CK#），大大簡化了 PCB 設計和封裝尺寸。反之亦然，傳統的 SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 38 個引腳和 8×8 mm 2的面積，而 LP SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 41 個引腳和 9×8 mm 2的面積。因此，在產品的設計階段，將有更多引腳可用于實現附加功能，從而使

解決方案也更具成本效益。

圖 1：華邦 HyperRAM 框圖

HyperRAM 的另一個相關特性是它是一個自刷新 RAM，這意味著它可以在完成讀/寫操作后自動返回待機模式。這允許減少系統設計和固件開發的工作量。

關于可以從該解決方案中受益的用例和行業，它們包括所有需要低功耗和高 MCU 計算能力的應用，例如汽車、工業 4.0、智能家居、可穿戴設備和物聯網設備。此外，對于智能揚聲器和智能電表等電池供電設備，低功耗對于實現更長的電池壽命至關重要。

華邦 HyperRAM 是嵌入式 AI 和圖像處理分類的理想解決方案，其中設備應盡可能小，同時提供足夠的內存空間來支持計算密集型算法，如人臉識別、物體檢測、實時圖像識別和邊緣計算。

“關于HyperRAM的實際應用案例，主要有兩個流：一個是精準的圖像識別，另一個是語音識別，兩者都支持語音或圖像的AI模型”，華邦DRAM營銷經理Jacky Tseng在接受采訪時表示與EEWeb。

螺旋棧

SpiStack 是 Winbond 開發的存儲器解決方案，它是通過將 NOR 芯片和 NAND 芯片堆疊到同一個封裝中而形成的，例如，64Mb 串行 NOR 和 1Gb QspiNAND 芯片。該解決方案使設計人員能夠靈活地將代碼存儲在 NOR 芯片中，并將數據存儲在 NAND 芯片中。

通過堆疊同質或異質閃存模塊，SpiStack 為代碼和數據存儲提供了各種不同密度的存儲器，同時為設計人員提供了最大的存儲靈活性，以滿足他們的設計要求。SpiStack 存儲器只需要 8 個信號引腳，而不管堆疊芯片的數量如何?；顒有酒梢酝ㄟ^簡單的軟件芯片選擇命令進行切換，提供工廠分配的芯片 ID 號。該器件的時鐘頻率最高可達 104MHz，對應于 Quad-SPI 下的 416MHz 時鐘速率。此外，SpiStack (NOR+NAND) 支持并發操作，這意味著其中一個可以被編程或擦除，而另一個可以同時被編程/擦除/讀取，反之亦然。例如，應用程序可以使用 NOR 芯片（SpiFlash，它提供更好的耐用性和保持性，和快速隨機訪問時間）用于存儲啟動代碼和應用程序代碼，而多個大尺寸數據（例如嵌入式 AI 和相機圖像的學習數據）可以存儲在 NAND 芯片（QspiNAND）上。多個 SpiFlash 芯片，每個芯片的密度范圍從 16Mb 到 2Gb，可以與 NOR 和 NAND 芯片的任意組合堆疊。

如圖 2 所示，SpiStack 提供比連續讀取的串行 NAND 更好的讀取性能。這是因為 SpiStack 支持并發操作：在一個 die 上執行讀操作時，可以在另一個 die 上執行寫/擦除操作，而不會中斷代碼執行以進行數據更新。

圖 2：SpiStack 與串行 NAND w/cont。讀取性能

采用 SpiStack 解決方案帶來的主要好處主要有三點：

小 PCB 占用空間：這是多種應用的強制性要求，包括物聯網、可穿戴設備、消費類設備和醫療設備

成本效率：SpiStack 解決方案允許減少組件數量和引腳數量，簡化 PCB 布局和布線

高度靈活性：可以組合 NOR 和 NAND 芯片的尺寸以滿足特定的應用需求。SpiFlash NOR 閃存有 16Mb、32Mb、64Mb、128Mb 和 256Mb 大小，而 QspiNAND 有 512Mb、1Gb 和 2Gb 大小。

“我們解決方案的第一個好處是它可以提供更小的外形，這對于物聯網等應用至關重要。第二個是成本，可以通過將兩個內存芯片放在同一個芯片組中來降低成本。第三個好處是客戶可以選擇任何可用密度的 NOR 和 NAND 芯片”，華邦閃存營銷經理 Wilson Huang 說。

此外，通過在一個封裝中集成兩個芯片可以降低制造成本，并通過使用標準封裝，即 8 焊盤 WSON 8mmx6mm 封裝（見圖 3）來保持硬件兼容性。

圖 3：SpiStack WSON 包

“我們提供高質量的產品，因為我們只使用成熟可靠的技術（46 納米 NAND 和 58 納米 NOR）。所以，質量非常好，我們的客戶不需要擔心質量”，華邦的發言人總結道。