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HyperRAM 3.0,为什么值得期待?

时间:2022-04-15 10:13:20 作者:邵乐峰 阅读:
与低功耗DRAM、SDRAM和CRAM/PSRAM相比,HyperRAM大幅简化了PCB布局设计,延长了移动设备的电池寿命。同时,HyperRAM的处理器体积更小且具备更少的引脚数,同时数据传输速率也得到提高。 
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近年来,边缘计算与人工智能逐渐成为市场主流,除了功能更加强大的MCU/MPU外,人们对存储产品的要求也越发严格。相较于传统的pSRAM,一种名为HyperRAM的新型存储器件凭借超低功耗、设计简洁、易于控制等特性,开始在物联网、消费设备、汽车和工业应用中崭露头角。

什么是HyperRAM

想要了解HyperRAM,就首先要从HyperBus接口技术讲起。

HyperBus技术最早由赛普拉斯(Cypress)也就是现在的英飞凌(Infineon)于2014年首次发布,突出优势是低引脚数,可简化PCB板设计,减少布线面积,在保证产品性能的同时降低设计难度与系统成本。 

2015年,赛普拉斯推出其首款HyperRAM产品,支持HyperBus接口。随后,考虑到低功耗物联网设备的广泛需求,华邦电子也宣布加入HyperRAM阵营,成为市场上除赛普拉斯与ISSI之外的第三家供应商,并随后推出了32Mb/64Mb/128Mb/256Mb/512Mb容量的产品,以应对多样化的应用需求。

之后几年内,HyperRAM的朋友圈开始不断扩大——恩智浦、瑞萨、意法半导体、德州仪器等公司开始陆续推出支持HyperBus接口的MCU,同时搭配控制接口开发平台;Cadence、新思科技和Mobiveil也向市场提供HyperBus内存控制IP,帮助IC供应商加快设计周期。此外,HyperRAM也被纳入JEDEC标准,成为国际通用的新型接口存储器。

按照华邦电子DRAM产品营销技术经理廖裕弘的说法,HyperRAM的主要目标是DRAM市场。原因在于当MCU芯片不断追求更高性能、更高速度时,既需要更大容量的内存,又想要尽可能维持原有功耗,于是对DRAM在功耗、引脚数和成本方面提出了更为更苛刻的要求,HyperRAM正是瞄准了legacy DRAM的进化市场。

目前,采用HyperRAM产品的应用市场主要来自4G功能手机、智能手表、LTE物联网模块、人工智能物联网设备,从去年年底开始,包括智能音箱、智能家居、家用摄像头、智能门铃、智能门锁、工业用人机界面,甚至汽车仪表在内的多个市场,也都开始陆续导入HyperRAM设计。

三大关键功能

可能还是有不少人对HyperRAM究竟具有何种独到优势不甚了解。简单来说,HyperRAM的三大关键功能是低引脚数、低功耗和易于控制,可显著提升物联网终端设备的性能。与低功耗DRAM、SDRAM和CRAM/PSRAM相比,HyperRAM大幅简化了PCB布局设计,延长了移动设备的电池寿命。同时,HyperRAM的处理器体积更小且具备更少的引脚数,同时数据传输速率也得到提高。 

  • 超低功耗

以华邦的64Mb HyperRAM为例,要知道,HyperRAM在华邦GP-Boost DRAM产品线中的定位是“超低功耗(Ultra Low Power, ULP)”,因此,在室温1.8V条件下,其待机功耗为70uW,而相同容量的SDRAM的功耗则是2000Uw(3.3V);更重要的是,HyperRAM在混合睡眠模式下的功耗仅有35Uw(1.8V),与SDRAM在待机模式下的功耗有明显差异。

  • 设计简洁

与pSRAM的31个引脚数相比,HyperRAM只有13个信号引脚,相比早期SDRAM或是Pseudo SRAM大于50个的引脚数(pin count),大大简化了PCB设计。当设计师设计成品时,MPU上的更多引脚可用于其他目的,设计师也可使用更少引脚的MPU 以获得更高经济效益。

  • 节省空间

控制接口越少,DRAM控制器所需的复杂度就越低。相较于PSRAM 9个/LPSDRAM 18个控制接口,HyperRAM成功实现了控制接口简化。此外,相较于其他传统DRAM产品,HyperRAM的开发时间更短,可以采用最新型的半导体制程节点与封装技术,以此缩小产品封装尺寸。较少的主机控制接口与较小的封装尺寸均帮助HyperRAM 减少内存在PCB板上的占用空间,从而可大幅节省终端产品的体积,更适用于尺寸敏感的可穿戴设备。

开启3.0时代

2021年,华邦电子开始量产新一代HyperRAM 3.0产品,采用自研25nm工艺,其容量可从32Mb扩展至256Mb和512Mb。同时提供包括24BGA、WLCSP和KGD等多种封装形式,适配各种AIoT终端和可穿戴产品。

HyperRAM 3.0产品在1.8V工作电压下的最高运行频率为200MHz,与HyperRAM 2.0和OCTAL x SPI RAM相同,但数据传输速率提高至800MBps,是以往产品的两倍。新一代HyperRAM配备了具有22个引脚的扩展IO HyperBus™接口,可以在相同的命令/地址信号和相似的数据总线格式下运行,待机功率相同,且仅需小部分引脚修改,除此之外还具有更高的带宽。此系列率先推出采用KGD、WLCSP封装的256Mb产品,可根据最终产品类型在元件级、模组级或PCB上集成。

“物联网产品的功能越来越强大,为了运算更多的数据,它们需要具备多核架构和高速运算能力。”但廖裕弘指出,传统的嵌入式SRAM(embedded SRAM)和嵌入式闪存(embedded FLASH)并不能满足这种需求,需要搭配不同技术提供更大的内存。

例如,被视作“强化版”eSRAM/eFLASH的MRAM和RRAM主要是为了满足计算机中的主存储(main memory)需求,并用来连接缓存(cache);而HyperRAM则扮演着数据缓冲(data buffer)的角色,主要用于暂存通过人机交互、触控、语音控制生成的图像/音频信息,以及部分网络协议之间的切换等,目标是逐步取代DRAM在物联网领域的应用。

他用下图为我们展示了CPU/MPU/MCU产品在不同的IoT时代里所呈现的变迁。在早期的物联网时代,主要的数据都来源于各级各类传感器,信息简单,不需要太大的频宽;到了工业物联网(IIOT)时代,物联网终端设备开始趋于复杂,一些基本的数据决策和计算需要在本地完成,再加上4G的发展,无缝网络/全覆盖网络(seamless network)变得十分重要;进入AIoT时代,与传统印象中“大部分运算会在边缘服务器上或是边缘网关上进行处理”不同的是,相当分量的计算任务被放置于边缘终端上,从而对低延迟、安全隐私、边缘AI、网络连接提出了更高的要求。

廖裕弘介绍称,HyperRAM的实际应用情况远比我们想象中的更为普及。其中,KGD产品占据了当前HyperRAM市场中的很大一部分份额,通过与各家芯片厂商合作,华邦HyperRAM产品被集成在SoC里,应用于各类物联网应用中。此外,HyperRAM也可以被单独应用,例如采用BGA封装的HyperRAM产品更多应用于智能家居领域,可穿戴设备则倾向于使用采用WLCSP封装的产品。

包括手环/手表在内的可穿戴设备市场是华邦HyperRAM 256Mb产品今年的主攻方向。目前来看,可穿戴设备市场正在呈现两种非常明显的演进趋势:一类是以Apple Watch为代表的高性能产品,通常会配置强大的处理器和LPDDR4/EMCP这样的外部存储,对于续航时间也有更高的期待;另一类则是很多产品逐渐在向智能手环和智能手表的中间地带过渡。也就是说,厂商们希望推出一些全新的智能手表,价格更加亲民,也不需要太过酷炫的功能,但产品定位又高于之前的智能手环。

“这些产品开始被赋予更多显示、人机交互界面、触控、语音方面的功能需求,自然也对内存产品在容量和性能方面提出了比以往更高的要求,非常适合HyperRAM的产品定位。”廖裕弘说。

责编:Lefeng.shao
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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