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全新问世: 华邦的高效能Serial NAND系列,一种为了高阶汽车而生的高容量内存组件

时间:2018-09-06 作者:黄信伟 Wilson Huang 产品企划经理; Takehiro Kaminaga 产品营销经理 阅读:
有鉴于平板和智慧手机的普及化,大家都已经习惯在日常生活中,使用这些拥有炫丽屏幕和结合许多功能的装置,而目前这股风潮也渐渐渗透到了日常会使用到的车子上。在车用仪表板、中控台和抬头显示器等等的车用显示器上,也逐渐朝着大尺寸、多功能甚至多屏幕的趋势靠拢。
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有鉴于平板和智能手机的普及化,大家都已经习惯在日常生活中,使用这些拥有炫丽屏幕和结合许多功能的装置,而目前这股风潮也渐渐渗透到了日常会使用到的车子上。在车用仪表板、中控台和抬头显示器等等的车用显示器上,也逐渐朝着大尺寸、多功能甚至多屏幕的趋势靠拢。8IQEETC-电子工程专辑

汽车制造商已经逐渐顺应潮流的将中控台整合于7吋或甚至更大尺寸的屏幕。随着时间的演进,驾驶将不再满足于现有的使用接口,势必将会有更多且更华丽的显示屏幕会围绕在驾驶周围,逐渐形成一种类似飞机驾驶舱概念的汽车驾驶座。8IQEETC-电子工程专辑

相同的趋势也会发生在汽车仪表板上。目前在中阶车种上,已经配备了所谓的混合式仪表板,意即结合了传统的指针式和一些 2D的图形显示的仪表板。但在高阶车种上,仪表板已经全面数字化,可显示包含了驾驶辅助、导航、图形、虚拟指针和娱乐等信息。(Fig. 1)8IQEETC-电子工程专辑

这种变化将会带来更现代化的汽车内装和完全不一样的驾驶者感受。然而,这也让我们得针对使用在汽车系统中的内存规格,重新做一次审视与思考。8IQEETC-电子工程专辑

新一代的大型多功能显示系统不仅得处理像是导航图资或一些更炫的图形和接口,甚至连各式各样的驾驶辅助系统都得透过显示系统来呈现。传统上,存储运算代码的媒介都是使用NOR Flash,那是一种一直以来都被认为是可靠且具有快速读取的内存。但【可靠】、【快速】这两种特性,在车用领域上通常都代表着高成本!8IQEETC-电子工程专辑

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Fig 1:拥有丰富信息并且图形化、数字化的奥迪概念虚拟驾驶座仪表板 (图片版权: Audi)8IQEETC-电子工程专辑

NOR Flash内存在某方面算是一种低容量的代码存储媒介,当代码容量超过512Mbits时,NOR Flash在成本考虑上就显得不那么的有优势。汽车系统设计者必须被迫采用在消费型产品(例如智能手机,平板计算机) 上所采用的eMMC来当作存储媒介。但,如果从成本和更重要的可靠性的考虑出发,更多的汽车系统设计者只愿意在中低阶车种上使用eMMC。8IQEETC-电子工程专辑

于是一种崭新的想法便诞生了: 何不开发一种全新的,专门为需要【可靠】、【快速】的车用应用的NAND内存呢?8IQEETC-电子工程专辑

车用显示系统必备要件: 快速启动,可靠度和兼容性

车用显示系统在存储媒介上必须满足三大要求:8IQEETC-电子工程专辑

第一, 必须要有能够【高速】的读取速度。8IQEETC-电子工程专辑

为了让使用者(驾驶)有更好的使用者体验,通常会要求不管是仪表板或者中控台影音系统能够在一秒内就启动完成。而在启动的过程中,通常都是将存放在非挥发内存中的代码,全部读入DRAM做映射,再交由主控IC来做运行。由此上述可知,Flash内存的读取速度就显得格外重要。8IQEETC-电子工程专辑

第二, 所有的车用系统都必须满足【高可靠度】。8IQEETC-电子工程专辑

可靠度、安全性是影响汽车品牌价值的重要因素之一。另一方面,这也是车用系统至少都被要求必须满足十年的使用周期的原因。8IQEETC-电子工程专辑

在非挥发内存领域,有两个重要的因子会影响到可靠度:8IQEETC-电子工程专辑

• 位错误:在重复读取或重复写入时都有可能发生。为了避免这种不常发生的位错误,可以利用1-bit ECC (Error Correction Code) 来进行侦错并纠正。8IQEETC-电子工程专辑

• 保存在非挥发内存中的数据会随着长时间的放置而有可能消失,业界称之为数据保存力。非挥发内存在高温状态下操作,更容易造成数据的流失。8IQEETC-电子工程专辑

第三, 在数据存储媒介上的兼容性程度。8IQEETC-电子工程专辑

通常,汽车系统是持续地演进而不是跳跃式的变化。因为新硬件的测试验证通常都是旷日废时,系统设计者通常都被要求要在现有的系统设计上增加新功能或榨取更多效能。8IQEETC-电子工程专辑

NOR Flash 因为有上面说的这几种特性:高传输速度、极低的位错误率、长时间的数据保存力和标准的读取接口,所以早就已经被广泛的应用在仪表板和其它的显示接口上。8IQEETC-电子工程专辑

加上,NOR先天上的单元面积比较大,所以数据保存力极佳,但这也导致了NOR的整体芯片大小也比较大。相同地,成本也会随着容量越来越大而会急遽增加。另一方面,NAND Flash有着相较于NOR来说小很多的单元面积,在相同容量时 (尤其是高容量),NAND Flash是一个相较便宜的选择。8IQEETC-电子工程专辑

事实上,在512Mbits以上的容量区间,NAND Flash 每位的平均成本远低于SPI NOR Flash一半以上,而这个容量区间恰好是未来大型车用显示器所需要的容量底线。8IQEETC-电子工程专辑

过去,设计者对于在中控台或仪表板上使用NAND Flash是非常抗拒的。抗拒的原因不外乎是NAND Flash在速度和可靠度上的疑虑,譬如比较高的位错误率和比较差的数据保存力等等。基于上述的种种理由,NAND Flash通常只被使用于消费型产品,例如拿来储放智能手机内的音乐或数据。8IQEETC-电子工程专辑

但这种情况将会随着华邦把高容量、低成本、高速度、高可靠性等种种车用需求结合在一起,成功地开发了全新的Serial NAND Flash而变得有所不同。8IQEETC-电子工程专辑

全新的高效能Serial NAND产品

这个全新的1Gbit W25N01JW NAND Flash是用华邦自有46nm single-level cell (SLC) 制程来制造。SLC NAND的单元面积虽然比MLC (multi-level cell) 和TLC (triple-level cell) NAND来得大,但也因为较大的单元面积,使得这颗使用46nm SLC NAND制程的W25N01JW拥有极佳的资料保存力。8IQEETC-电子工程专辑

W25N01JW能够在高温擦写1万次之后,还能在均温70°C的环境下保有10年的资料保存力 (Fig. 2) ,这种数据保存的能力比现今使用在高阶车种上的eMMC还要高上许多!8IQEETC-电子工程专辑

W25N01JW也自带了1-bit ECC处理能力都能进行纠错校正。W25N01JW同时也通过了AEC-Q100和JEDEC在擦写次数、数据保存力和质量要求上的认证。8IQEETC-电子工程专辑

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Fig.2 W25N01JW的数据保存力 (主图) 和传统eMMC的数据保存力 (左下角) 比较 8IQEETC-电子工程专辑
(图片版权: Winbond)
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W25N01JW也是全世界第一颗超高速的NAND Flash产品:在QSPI模式下拥有83MByte/sec!这种读取速度跟现在车用的SPI NOR Flash已经可以互相媲美。更进一步地,华邦的W25N01JW更可以利用堆栈封装的方式来实现Dual-Quad SPI传输,将传输速度一举抬升到160MByte/s的境界。(Fig. 3)8IQEETC-电子工程专辑

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Fig.3两种用华邦全新的高效能Serial NAND来实现Dual-Quad I/O的架构示意图 8IQEETC-电子工程专辑
(图片版权: Winbond)
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未来,主控芯片要处理驾驶辅助系统 (ADAS) 和仪表板的数据大概是需要200MByte/s。这也表示华邦的这颗全新高效能Serial NAND至少含盖80%数据传输量。8IQEETC-电子工程专辑

根据以上所述,华邦这颗全新的高效能NAND Flash能够满足高传输速度、高可靠性的车用市场要求,在成本上也比相同容量的SPI NOR更有竞争优势。8IQEETC-电子工程专辑

在兼容性上,W25N01JW提供了和主流NOR Flash一样的WSON 8mmx6mm和TFBGA标准封装。且因为有着兼容于标准Serial NOR和NAND的指令协议,系统设计者并不需要进行复杂的软件更动,就可以很容易的将现有SPI NOR Flash用W25N01JW来取代。8IQEETC-电子工程专辑

从现在开始,采用更优良的NAND Flash技术吧!

华邦的高效能Serial NAND Flash,不仅在成本上、效能上超越目前使用在仪表板或其他车用显示器上的传统SPI NOR Flash,再加上这是华邦自有工厂研发制造,对于需要长期稳定供货的车用客户来说,更是一大福音。8IQEETC-电子工程专辑

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