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走一条不拼价格的存储器创新之路

时间:2020-10-10 作者:邵乐峰 阅读:
物联网和边缘智能所需要的内存,并不一定都是高容量的。从NAND Flash到超低功耗HyperRAM,再到安全存储,华邦电子通过创新开发出自己独有的技术,跳出了降价竞争的怪圈,保持了市场竞争的活力。
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随着5G商用化进程的进一步推进,人工智能、自动驾驶与智能物流等行业进入上升期,这也对现有存储产品与方案提出了新的要求。日前,华邦电子与媒体分享了公司三大创新型存储解决方案及相关应用。237EETC-电子工程专辑

破除“不作即无恶”的安全悖论

人工智能、自动驾驶等前沿技术的发展,都离不开物联网技术的普及,但随着越来越多的嵌入式系统进入到物联网之中,物联网设备的安全正面临极大的挑战。华邦安全解决方案行销处处长陈宏玮援引多家分析机构的数据称,仅在2019年,物联网网络攻击的比例就上升了300%,其中41%是由于设备漏洞造成的中高度攻击,每次终端攻击会造成约九百万美元的损失。预计到2020年,物联网边缘设备会到达58亿的规模,考虑到新冠疫情的爆发,71%的安全专家认为安全威胁会随之增加,95%的专家认为IT安全挑战会与日俱增。237EETC-电子工程专辑

与此同时,电子产品面临的安全法规监管环境也越来越严格,多国政府都出台了安全法规,不合规的产品不但面临违规处罚、丧失核心竞争力的风险,同时也会造成企业品牌信任度的下降。237EETC-电子工程专辑

“物联网设备正面临一个安全悖论。从终端用户的角度看,似乎‘不作即无恶’,于是往往选择忽略;从制造商角度看,他们又面临着无专业知识,需要为增加安全功能支付额外成本的挑战。这就迫使安全功能的增加在产业链中不断前移,上游的芯片公司将承担更多的安全责任。”因此,陈宏玮认为,要从根本上解决各种物联网环境的安全问题,就必需在产品设计阶段开始着手,注重设计的安全。237EETC-电子工程专辑

作为一家以存储业务为主的公司,华邦更看重存储安全,因为电子系统中的代码和数据绝大部分都储存在闪存中,如何增加闪存的安全性,成为其设计开发TrustME安全闪存产品的出发点之一。毕竟只有硬件安全,才有软件、系统和网络的安全,即所谓的“信任链(Chain of trust)”的概念。237EETC-电子工程专辑

安全认证、设计灵活、可扩展、多功能,被陈宏玮视作华邦安全闪存的独特价值所在,而最新推出的面向消费类与工业物联网设备的W77Q安全闪存则是承载上述理念的最佳载体。W77Q安全闪存是与标准型闪存装置兼容的即插即用型产品,支持安全启动,提供硬件信任根(root-of-trust)以及优秀的恢复能力、加密数据存储能力和传输的能力,完全符合《欧盟网络安全法》制定的Substantial与Basic认证级别所需的安全功能,以及共同安全准则的EAL2认证等级、SESIP认证、ARM平台安全架构(PSA)规范。值得一提的是,考虑到物联网设备都会连接在云端,如果主芯片受到攻击,华邦的方案可以做到由云端对闪存固件进行重新设置。237EETC-电子工程专辑

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华邦电子TrustME安全闪存237EETC-电子工程专辑

完整的DRAM布局

近年来,人工智能与物联网的整合,大幅度推升AIoT技术的进程,尤其是视频监控与多样化的智能家庭使用范例产生了众多的新型态的智能型应用。以新一代家居安防监控摄像头为例,它采用计算机型态的架构,并配备充足的高速DRAM内存以存储容纳复杂的推论引擎及其他应用程序代码。但区别于平板计算机、智能手机或其他通用型计算机,制造商发现专用的低容量或中容量LPDRAM更符合家居安防摄像头对节能、续航及可靠性的更高要求。237EETC-电子工程专辑
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为了进一步简化家居智能安防监控系统制造商的系统整合,近日,华邦宣布了Kneron最新的KL720系统单芯片将搭载华邦的1Gb LPDDR3 KGD,为人工智能和机器学习技术开启更多应用可能性。华邦LPDDR3 DRAM能支持KL720的高处理量和效能效率,最高带宽达8.5GB/s,可在双1.2V/1.8V供电下运作,且内含深度省电(Deep Power Down)和频率停止(Clock Stop)等节能功能。据悉,华邦的1Gb LPDDR3 DRAM将以良品裸晶圆(KGD)供应,并与KL720中的全新Kneron神经网络处理器(NPU)封装在一起。237EETC-电子工程专辑

然而1Gb LPDDR3只是华邦面向边缘人工智能的产品GP-Boost DRAM产品布局中的一员,根据华邦DRAM内存产品销企划处部经理曾一峻给出的解释,GP代表Green Power,Boost意味着可以提供高带宽的产品。237EETC-电子工程专辑

从下图来看,GP-Boost DRAM全系列功耗覆盖0.05-0.4W,带宽覆盖2.13GB/s-17.04GB/s范围。最左侧是32Mb-256Mb ULP HyperRAM,对应算力0.3-0.5TOPS,以“Cortex-M7/M55微控制器+U55 NPU”为主,主要用于简单的声音处理或者图像识别;接下来是算力0.5-1TOPS,以“Arm Cortex-Ax CPU+N37/客户自研NPU”为主,对应512Mb/1Gb LP2 DRAM,应用场景包括智能门铃、智能家居或人脸识别;上文提及的1Gb LP3主要面向实时图像识别、图形侦测应用,算力1.0-4TOPS;如果算力增加到4.0TOPS以上,方案以“Cortex-A5+N77 NPU”为主,应用场景为智能摄像头或边缘计算时,就要用到1-2Gb LPDDR4低容量DRAM。237EETC-电子工程专辑

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“华邦GP-Boost DRAM布局在中低容量是相对完整的,客户如果需要一站式采购,这是一个很好的DRAM解决方案。”曾一峻说1Gb LPDDR3除了用于人工智能领域外,也开始被陆续导入一些高清面板的设计方案中,以8K设计为例,前期方案可能需要4-8颗1Gb DDR3,但如果更换成GP-Boost系列,只需2-3颗1Gb LPDDR3,从而在功耗、散热、成本方面带来极大竞争优势。237EETC-电子工程专辑

HyperRAM产线也被华邦寄予厚望,32/64/128Mb系列均已实现量产,即将于年底推出的256Mb将成为全系列的容量之最。低功耗是HyperRAM系列的核心卖点,以64Mb为例,在1.8V电压下,待机功耗可以达到45mW,总管脚只有17个,这对电动自行车、穿戴式手表、TWS耳机等应用来说极为合适。237EETC-电子工程专辑

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华邦电子64Mb HyperRAM系列237EETC-电子工程专辑

NOR闪存的“天敌”

除了智能家居、智能安防应用外,自动驾驶也是近年来人工智能和机器学习的热门应用之一。作为全球首款采用x8串口的NAND Flash,华邦OctalNAND Flash产品有望以比同级NOR更优的价格提供车用电子与工业制造商高容量的存储内存产品。237EETC-电子工程专辑

作为当前世界上最快的串口NAND闪存,W35N-JW OctalNAND Flash采用华邦通过验证的46nm SLC NAND制程,能在1Gb至4Gb容量装置上获得每秒240MB读写效能,相较华邦先前发表的高效能W25N-JW QspiNAND Flash系列产品,速度高出3倍,相较市面上一般的Quad Serial NAND Flash产品,读取速度更是快了将近10倍。此外,该产品的写入/抹除次数达到了10万次以上,能够确保10年以上的数据保存期。237EETC-电子工程专辑

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在华邦电子闪存产品企划经理黄信伟看来,由于NOR Flash技术可靠性高且读写速度快,可支持快速启动,因而不少用户都以此技术作为内存存储方案。然而,以目前业界的晶圆制程技术,在内存容量达512Mb的情况下,NOR Flash芯片大小已经到达了业界标准封装的极限,超过512Mb之后,扩充效益低落,大幅推升晶粒尺寸与封装成本。尤其是在车用图形显示器、先进驾驶辅助系统(ADAS)等应用上,启动程序所需内存通常大于512Mb,为了使车用与工业OEM厂商得以在采用业界标准封装且合乎成本效益的储存方案,华邦开始着手研发OctalNAND Flash。237EETC-电子工程专辑

由于管脚数少、封装面积小等优点,NAND闪存从并口式转成串口式正成为行业趋势。例如为了要控制数据输出,传统并口NAND一般会采用15或23条线,但如果使用串口的话,只需使用6条线而已,大幅节省了电子产品在未接电源时存储代码的空间和成本。而且237EETC-电子工程专辑

NAND Flash技术可扩充性强,在储存容量达到1Gb以上时,就更具备成本吸引力。与相同容量的NOR相比,NAND会比NOR少50%的成本,如果再考虑整个系统的成本,采用NAND方案还会更加有优势。然而,传统NAND Flash在将启动程序映像至DRAM等功能上显得过于缓慢。但OctalNAND Flash每秒240MB的读写效能很好地解决了这一难题,不但远超普通串口20-30MB/S的读取速度,即便面对小容量NOR Flash+EMMC方案时,OctaINAND在某些情况下也不会比eMMC慢,比如在读取一些区块小于18KB以下的情况时,OctaINAND甚至快于eMMC。 237EETC-电子工程专辑

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结语

“创新,是领导者和追随者最大的区别”,黄信伟在接受采访时援引乔布斯的这句名言称,如果墨守成规,始终和别人一样做标准型的产品,势必会落入降价竞争的圈套中。但如果能倾听市场的动向,开发出自己独有的技术,避免跟风式开发标准化产品,就能始终保持创新活力。而这,也是他给中国大陆存储产业同行提出的建议。237EETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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