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物联网将强迫新的内存范例

为了超低功耗和低成本,不同类型的存储器将是必要的。

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人生有两件事永远是真理:一是你越有钱越好;二是——至少自科技时代开始以来——你的内存越好越好。但记忆的真理随着物联网

IOT的下一代内存必须符合不同的度量集 - 较小,更智能,较低的功率和更长的寿命。

美光嵌入式解决方案高级总监Amit Gattani表示:“从终端设备的角度来看,物联网设备面临的巨大挑战是功耗、占地面积和安全性。”内存是这三种技术的核心,尽管相对于MCU或收音机来说,内存并不是功耗的主要因素。

到2020年,物联网上估计将有250亿至500亿件物品。没有人知道确切的数字,但所有的估计都非常大。这些设备需要的内存量是天文数字。尽管如此,许多用于管理这些设备的芯片将简单、廉价,且存储空间很小。其他设备,比如用于各种基础设施、车辆、医疗和自动化的设备,有更大的喘息空间,尽管它们在安全领域和处理的数据量方面面临更大的问题。

首先是电力
物联网的大部分产品将需要超低功耗组件——从传感器到可穿戴设备,到医疗设备,再到mot和互联网灰尘。此外,这些下一代设备中的大多数是移动的,以及低功耗,它们将受到前几代内存不必担心的无数的环境条件。

此外,尺寸、封装、集成、接口、性能、温度、低功耗、低压和电池密度等指标都是不同细分市场的设计标准。再加上能源收集等新技术或新兴技术,这给物联网存储器带来了新的发展。

但我们仍然有很长的路要走这些参数中的许多参数,特别是在能量收集等领域。

“我们尚未到目前为止,我们的能源收获(EH)技术作为环境射频能量或微观运动的能源收获(EH)技术对于IOT是可行的,”企业解决方案技术副总裁Steven Woo说:Rambus。“然而,希望人们希望欧盟的机制变得更加高效,同时芯片电力利用率将会下降,我们达到了一点,这些点变得更加现实。也就是说,筹码社区正在进行的那种。“

至少部分解决方案也在架构方面,这几天受到更大的关注。“学到的一个事情,当你学习芯片架构时,如果你去芯片,做任何事情,从电源角度来看,它非常昂贵,”求求。“所以第一次考虑,如果可能的话,永远不会消失。”

这也可以进入记忆中。Memory设备将作为关键在线上的角色,因为它们在经典的计算设备和今天几乎所有其他电子设备中。它们将继续容纳功能系统代码,工作参数,数据和任何其他系统功能。Gotcha是他们现在必须更小,更轻,更密集。同时它们必须快速,可靠,超低功耗和安全。

“端点安全性很重要”笔记Gattani。“你不希望你的终点被欺骗,所以端点标识必须是坚实的并且具有正确的代码。这意味着记忆安全性不等,并且有一些东西可以帮助解决这个问题。“

例如,考虑传感器和早期的IoT可穿戴设备。在许多情况下,它们是接受输入的相对简单的电路,根据要求和向前或存储以供稍后检索处理。这种装置通常不需要高密度存储器或广泛的计算能力。因此,它们的功率要求通常可以满足大多数低功率解决方案。

另一方面,将智能手机或平板电脑的功能缩小到物联网设备将需要大量的修补工作。这是因为这样的设备将需要大量的内存和计算能力,这对低功耗平台来说是一个真正的挑战。
(低功耗MCU的角度将在以后的文章中讨论。本文将关注下一代内存中出现的东西。)

OTP -内存解决方案?
Volatile Memory不会为IoT上大多数对象切割它。在占用的占用和更简单的设备的占地面积,力量和规模经济方面,没有足够的带宽,这将构成大部分物联网对象。在规模的较高末端,在医疗,基础设施,防御和航空等行业中,有一点令人醒来的房间。但即使这些行业肯定会看到利用非易失性存储器(NVM)。电力现在是无处不在的关键设计标准。

大多数流行的非易失性内存(NVM)技术也是如此闪光或EEPROM(见注释1)。德拉姆是标准的挥发性技术。到目前为止,这些技术的结合已经成为前物联网设备和系统事实上的存储平台。这类设备的功率要求很高,而目前这种技术状态并不适合大部分物联网设备。然而,这些技术的新兴衍生品正在出现,将满足物联网的要求。

更有前途的技术之一是eFuse,反熔丝和浮动栅极一次性可编程(OTP)类型存储器。关于当前这种存储器的好处是它可以在标准,成熟的CMOS技术上实现,利用CMOS和建立过程的经济优势。

图1-OTP IOT内存单元
图1所示。典型的融合细胞。礼貌Sidense集团。

OTP内存,因为缩写暗示,是一种可以仅编程一次的内存类型。它是具有熔丝完整的“熔合”的单元,或者被吹,表示逻辑1或0. 1或0基于OTP存储元件的状态(短路或打开)。哪个状态对应于逻辑1或0通常是特定于应用程序的(参见图1)。

典型的浮动栅极设备使用所谓的堆叠栅极1T单元。这是一个带有一个浮栅和一个彼此重叠的浮栅和一个接触栅极的MOS晶体管(参见图2)。该技术也可在MTP中提供,也有其他变体。

使用OTP内存存在多个优势。首先,与浮栅多时间可编程(MTP)存储器相比,它是廉价且微小的晶体管。其次,它不需要保持状态。物理阵列紧凑,降低了比特和字线的电容,从而减少了预充电和开关功耗。并且,它可以在标准CMOS技术上实现。

图2-浮动门单元
图2.典型的融合单元。礼貌的公斤技术。

这的缺点与上行相同。它只可以编程一次。但是,对于各种IOT设备,可能是所需的全部。并且,如果需要有限的重新编程,额外的OTP块可以放入可以在将来编程的电路中更新或修改设备功能或内容。这允许这种存储器模拟多时间可编程(MTP)设备。通常,这用于代码修补,更新或功能改进/添加,其中可以更新代码的小元素,相反,必须更新完整的代码占用占地面积。

一个巨大的优势,天生与OTP内存,是安全性。OTP内存可以在ICS上实施反盗版解决方案。这是一种简单且有效的低成本方法,使用随机数发生器创建唯一的识别号码,该识别号将永久地编码为内存的一部分。盗版几乎不可能检测到,特别是如果使用大型整数RNG,因为可能有数百万个可能的组合。并且无法更改NVM中的ID号。此外,OTP消除了与现场可编程屏蔽ROM关联的安全问题。

相关平台
有几种变化的NVM技术可以采用类似多次可编程(MTM)存储器。MTP技术包括EEPROM,Flash,rram./MRAM(磁电阻/电阻随机存取存储器),FRAM(铁电随机存取存储器 - 也称为Feram和F-RAM),SONOS(氧化硅 - 氮化物 - 硅)和相变存储器(PCM)。

RRAM使用一种相当新颖的技术来存储数据。它使用电阻来存储每一个比特的信息,所以只需要非常小的功率增量。这使得它成为一些非常微小的物联网设备(如尘粒和互联网灰尘)的完美解决方案。RRAM通过改变电阻来改变状态,通过施加一个小电压。更改将持续到下一次写入。

同时,FRAM拥有低功耗和快速写入。它具有类似于DRAM的结构,但是通过偏振铁电材料(引线锆型)来存储数据。当应用电场时,偶极偏移在晶体结构中以存储信息。在安全结束时,存储在FRAM中的代码和数据比Flash / EEPROM更容易受到攻击者,并且对辐射EMI / RFI具有抵抗力。

Sonos记忆使用绝缘层,例如氮化硅,保持状态。这种类型的NVM也称为电荷陷阱存储器,因为氮化物中的陷阱捕获电荷载波并保持从MOS装置的通道注入的电荷。这使得这种记忆对所谓的针孔缺陷敏感,并且在产量和数据保留方面往往是稳健的。

PCM是作为NVM NAND替代的技术之一。PCM通过快速加热硫属化物玻璃改变州。加热时,玻璃在其结晶和非晶态之间偏移。在其无定形状态下,结构具有非常高的电阻(其作为二进制0读取)。在结晶状态下,电阻非常低(其作为二进制1读数)。这种内存可以在两个状态之间快速转移,使其在NVM池中具有吸引力的选择。该技术最近的研究表明它也能够成为中间状态。这些状态允许存储在每个小区中的两位而不是通常的一个位。

这些高级NVM技术出现了许多原因的承诺。它们承诺比典型的NVM技术(如NAND和NOR FLASH和E / EEPROM)承诺更好的整体性能数据。它们提供更快的写入速度,较低的电压和功率要求,更好的数据保留,持久性更长,具有更好的环境影响,具有可扩展,许多可以在成熟的CMOS中实现。本文末尾列出了快速的福利列表。

结论
有一般同意,IoT将具有未结块数量的互连数据收集和数据处理设备。这些计算系统,控制器,传感器和通信系统,在不断发展的物联网生态系统中展开。将在嵌入内存和MCU呈现无数挑战。简单到高度复杂的设备的色域将为各种类型的嵌入式存储器提供许多机会。

有时,旧的是新的,多年来,DRAM信封已被推动以实现更快,更好的性能。但明天,物联网正在向相反的方向推动钟摆 - 回到启动它的技术。事实上,什么是旧的,再次是新的。

注1闪存是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)的一种形式。不同的是,E和eeprom在重写之前必须完全擦除,Flash存储器可以以块(或页)的形式写入和读取,而不是必须擦除整个设备。优点包括低制造成本,简单而简单地集成到逻辑基线过程中。由于基线SI模型没有变化,因此保留了现有的设计IP,允许IP重新使用和更快的市场时间。它还与现有的半导体模具兼容,易于测试,具有高本质产量,并且允许闪光灯和EEPROM以及NVM,以在同一芯片上使用。



1评论

cd 说:

好解释!我想知道一些领先公司(美光、SK海力士和三星)在20nm之后DRAM的下一个解决方案是什么?我们可以期待下一次平面收缩,还是更可能看到新技术。哪些平面收缩是可行的,哪些新技术是领先的?

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