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    NOR閃存如何幫助克服可穿戴設備的設計挑戰


    NOR閃存如何幫助克服可穿戴設備的設計挑戰

    盡管可穿戴和可聽(tīng)技術(shù)似乎是上一代手持設備的延伸,但提高其價(jià)值、用戶(hù)體驗和功能所需的創(chuàng )新功能增加了相當大的復雜性。例如,必須在嚴格的外形尺寸和功率限制內為智能手表添加時(shí)尚的特性和功能。

    因此,當我們看到更小的設備(例如助聽(tīng)器和耳塞)時(shí),需要滿(mǎn)足更嚴格的限制,特別是產(chǎn)品重量。為了在下一代設備中對這些產(chǎn)品功能進(jìn)行易于實(shí)施的修訂和持續改進(jìn),可穿戴設備和可聽(tīng)設備依賴(lài)于內存。內存是啟用這些先進(jìn)設備的關(guān)鍵設計因素。

    提供卓越用戶(hù)體驗所需的功能

    向系統添加創(chuàng )新功能可以顯著(zhù)增加代碼大小。例如,生命體征監測需要更多的數據內存來(lái)實(shí)現額外的設計方面,例如安全性、無(wú)線(xiàn)(OTA)更新、數據記錄和人工智能(AI)。

    接下來(lái),安全對于每一個(gè)連接的設備來(lái)說(shuō)都變得越來(lái)越重要,并且需要持續更新。對于智能手表等無(wú)線(xiàn)設備,這些更新更經(jīng)常使用OTA機制實(shí)現,這需要足夠的內存來(lái)維護和驗證第二個(gè)代碼映像,然后再將控制權轉移到新代碼。

    許多設備也開(kāi)始實(shí)施數據記錄。記錄用戶(hù)體驗和數據的影響才剛剛開(kāi)始被探索,并將啟用一系列全新的定制功能。當前跟蹤用戶(hù)的設備(例如健康監視器)將使用更多傳感器,從而捕獲更多數據。

    對于這些設備的下一代,邊緣人工智能將成為一種顛覆性趨勢,從而導致對內存大小的要求增加。這些邊緣設備使用先進(jìn)的AI系統運行機器學(xué)習(ML)算法,以在設備上本地處理數據,以實(shí)現語(yǔ)音識別、面部識別、指紋檢測和健康監測等功能。由于成本更低、尺寸小和能效高,這些設備依靠微控制器(MCU)來(lái)運行復雜的ML算法。MCU部署用于并行處理的專(zhuān)用內核,使 ML 模型能夠在設備本身上運行和優(yōu)化。

    記憶在產(chǎn)品差異化中的作用

    所有這些新功能都推動(dòng)了對更多非易失性存儲器的需求,這意味著(zhù)即使斷電也能夠保留存儲數據的存儲器。由于許多可穿戴設備和耳戴式設備都是由電池供電的,因此NOR閃存通常是首選內存,因為它具有快速讀取訪(fǎng)問(wèn)、耐用性和可靠性。

    事實(shí)上,智能手表、無(wú)線(xiàn)耳塞和其他穿戴式設備的NOR閃存市場(chǎng)預計將從2019年的9000萬(wàn)美元增長(cháng)到2024年的超過(guò)2.65億美元。這種增長(cháng)是由汽車(chē)、醫療和工業(yè)等領(lǐng)域的互聯(lián)設備對內存的需求增加推動(dòng)的。同時(shí),預計密度要求也會(huì )增加,可穿戴設備將從較低密度的64 Mb存儲器轉移到中等密度的256 Mb存儲器。

    物理尺寸可以說(shuō)是這些存儲器最關(guān)鍵的方面,因為裸片尺寸直接決定了成本、最終設備尺寸以及最終產(chǎn)品的外形尺寸??陕?tīng)設備和可穿戴設備的獨特要求之一是存儲設備的高度或輪廓很重要。因此,內存芯片的深度也必須優(yōu)化,并且在某些應用中,如可聽(tīng)設備,重量也是至關(guān)重要的。

    由于這些原因,內存制造商不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng )新技術(shù)和新架構,以改善芯片尺寸和功耗。以SEMPER NOR閃存系列為例,它利用專(zhuān)有的MIRRORBIT技術(shù)在每個(gè)單元中存儲兩個(gè)數據位,從而使器件內存部分的密度增加一倍。差異很大,因為它可以在更小的空間內實(shí)現更高密度的內存。典型的256 Mb NOR閃存的裸片尺寸約為18 mm 2。使用MIRRORBIT技術(shù),256 Mb可以安裝在13.6 mm 2芯片上。

    內存還需要作為芯片提供給制造商。請注意,可穿戴設備的標準方法是使用定制封裝,例如帶有球柵陣列(BGA)連接的晶圓級芯片級封裝(WLCSP)。簡(jiǎn)而言之,制造商使用他們的封裝將多個(gè)處理器(例如 CPU DSP)與他們選擇的內存芯片集成在一個(gè)封裝中,稱(chēng)為系統級封裝(SiP),如圖 1所示。這反過(guò)來(lái)又導致需要更高密度的存儲設備,因為它們現在需要存儲兩個(gè)處理器的應用程序代碼和數據。為了啟用這些SiP設備,SEMPER Nano以已知良好晶圓 (KGW) 格式提供,OEM 可以將其與其選擇的處理器集成。

    1傳統的可穿戴設備和可穿戴設備需要外部NOR閃存來(lái)存儲代碼、數據和數據日志(左)。占用空間極小的應用,例如具有真正無(wú)線(xiàn)立體聲 (TWS) 功能的無(wú)線(xiàn)耳塞,采用高密度堆疊芯片架構,該架構將MCUDSP與內存結合在一個(gè)芯片級封裝中(右圖)。

    優(yōu)化以降低損失

    傳統上,存儲設備是為廣泛應用而設計的商品。然而,可聽(tīng)設備和可穿戴設備市場(chǎng)的嚴格限制要求使用針對尺寸、功率和可靠性進(jìn)行明確優(yōu)化的內存。

    有幾種方法可以?xún)?yōu)化NOR閃存以最小化功耗。傳統上,低功耗是通過(guò)降低待機電流和有效讀取電流來(lái)實(shí)現的。深度掉電模式可以顯著(zhù)延長(cháng)電池工作壽命,進(jìn)一步提高電源效率。從這個(gè)角度來(lái)看,SEMPER Nano NOR flash 的典型待機電流為5.0 A,比 SEMPER NOR flash 54%,典型的深度掉電模式下降到1 μA,比SEMPER NOR flash 23% ( 2)。

    2 SEMPER Nano NOR閃存與SEMPER NOR閃存的功耗比較。

    降低功耗的關(guān)鍵是最大限度地減少內存從活動(dòng)模式轉換到待機模式所需的時(shí)間。為了最大限度地節省電力,內存需要能夠立即進(jìn)入待機模式以避免不必要的電力浪費(圖 3)。

    3 SEMPER Nano NOR閃存集成了一個(gè)處理器,用于從應用CPU中卸載電源和可靠性處理。

    快速讀取訪(fǎng)問(wèn)對于即時(shí)啟動(dòng)等功能至關(guān)重要。沒(méi)有人愿意等待他們的耳塞啟動(dòng)。在這里,NOR閃存建立在內部并行陣列接口上,以實(shí)現快速讀取時(shí)間,從而可以更快地啟動(dòng)更大的程序。

    NOR falsh的快速訪(fǎng)問(wèn)和低功耗使得直接從閃存運行代碼成為可能,這被稱(chēng)為就地執行 (XiP),進(jìn)一步縮短了設備開(kāi)啟的時(shí)間。這種統一的內存方法將代碼、數據和日志組合在一個(gè)內存芯片中。它通過(guò)消除用于代碼和數據存儲的RAM顯著(zhù)減少了整體物理內存占用。它還提高了整體可靠性,降低了功耗,并實(shí)現了更小的外形尺寸和簡(jiǎn)化的設計。

    更好的內存等于更好的可穿戴設備

    在可穿戴設備和可聽(tīng)設備市場(chǎng)取得成功和盈利的關(guān)鍵是通過(guò)先進(jìn)的健身和醫療監測等創(chuàng )新功能來(lái)區分產(chǎn)品,以提供卓越的用戶(hù)體驗。這些特性增加了對針對尺寸、低功耗和可靠性進(jìn)行優(yōu)化的更高密度NOR閃存的需求。NOR閃存的集成可靠性功能——能夠將代碼、數據和日志存儲在單個(gè)統一存儲器中——簡(jiǎn)化并加速了設計,同時(shí)使開(kāi)發(fā)人員能夠滿(mǎn)足這些應用程序的嚴格設計限制。

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