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NOR閃存如何幫助克服可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
NOR閃存如何幫助克服可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
盡管可穿戴和可聽(tīng)技術(shù)似乎是上一代手持設(shè)備的延伸，但提高其價(jià)值、用戶體驗(yàn)和功能所需的創(chuàng)新功能增加了相當(dāng)大的復(fù)雜性。例如，必須在嚴(yán)格的外形尺寸和功率限制內(nèi)為智能手表添加時(shí)尚的特性和功能。
因此，當(dāng)我們看到更小的設(shè)備（例如助聽(tīng)器和耳塞）時(shí)，需要滿足更嚴(yán)格的限制，特別是產(chǎn)品重量。為了在下一代設(shè)備中對(duì)這些產(chǎn)品功能進(jìn)行易于實(shí)施的修訂和持續(xù)改進(jìn)，可穿戴設(shè)備和可聽(tīng)設(shè)備依賴于內(nèi)存。內(nèi)存是啟用這些先進(jìn)設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素。
提供卓越用戶體驗(yàn)所需的功能
向系統(tǒng)添加創(chuàng)新功能可以顯著增加代碼大小。例如，生命體征監(jiān)測(cè)需要更多的數(shù)據(jù)內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的設(shè)計(jì)方面，例如安全性、無(wú)線(OTA)更新、數(shù)據(jù)記錄和人工智能(AI)。
接下來(lái)，安全對(duì)于每一個(gè)連接的設(shè)備來(lái)說(shuō)都變得越來(lái)越重要，并且需要持續(xù)更新。對(duì)于智能手表等無(wú)線設(shè)備，這些更新更經(jīng)常使用OTA機(jī)制實(shí)現(xiàn)，這需要足夠的內(nèi)存來(lái)維護(hù)和驗(yàn)證第二個(gè)代碼映像，然后再將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到新代碼。
許多設(shè)備也開(kāi)始實(shí)施數(shù)據(jù)記錄。記錄用戶體驗(yàn)和數(shù)據(jù)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(dāng)前跟蹤用戶的設(shè)備（例如健康監(jiān)視器）將使用更多傳感器，從而捕獲更多數(shù)據(jù)。
對(duì)于這些設(shè)備的下一代，邊緣人工智能將成為一種顛覆性趨勢(shì)，從而導(dǎo)致對(duì)內(nèi)存大小的要求增加。這些邊緣設(shè)備使用先進(jìn)的AI系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法，以在設(shè)備上本地處理數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、面部識(shí)別、指紋檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)等功能。由于成本更低、尺寸小和能效高，這些設(shè)備依靠微控制器(MCU)來(lái)運(yùn)行復(fù)雜的ML算法。MCU部署用于并行處理的專用內(nèi)核，使 ML 模型能夠在設(shè)備本身上運(yùn)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(duì)更多非易失性存儲(chǔ)器的需求，這意味著即使斷電也能夠保留存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。由于許多可穿戴設(shè)備和耳戴式設(shè)備都是由電池供電的，因此NOR閃存通常是首選內(nèi)存，因?yàn)樗哂锌焖僮x取訪問(wèn)、耐用性和可靠性。
事實(shí)上，智能手表、無(wú)線耳塞和其他穿戴式設(shè)備的NOR閃存市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2019年的9000萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2024年的超過(guò)2.65億美元。這種增長(zhǎng)是由汽車、醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域的互聯(lián)設(shè)備對(duì)內(nèi)存的需求增加推動(dòng)的。同時(shí)，預(yù)計(jì)密度要求也會(huì)增加，可穿戴設(shè)備將從較低密度的64 Mb存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移到中等密度的256 Mb存儲(chǔ)器。
物理尺寸可以說(shuō)是這些存儲(chǔ)器最關(guān)鍵的方面，因?yàn)槁闫叽缰苯記Q定了成本、最終設(shè)備尺寸以及最終產(chǎn)品的外形尺寸?？陕?tīng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備的獨(dú)特要求之一是存儲(chǔ)設(shè)備的高度或輪廓很重要。因此，內(nèi)存芯片的深度也必須優(yōu)化，并且在某些應(yīng)用中，如可聽(tīng)設(shè)備，重量也是至關(guān)重要的。
由于這些原因，內(nèi)存制造商不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新技術(shù)和新架構(gòu)，以改善芯片尺寸和功耗。以SEMPER NOR閃存系列為例，它利用專有的MIRRORBIT技術(shù)在每個(gè)單元中存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)位，從而使器件內(nèi)存部分的密度增加一倍。差異很大，因?yàn)樗梢栽诟〉目臻g內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高密度的內(nèi)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(nèi)存還需要作為芯片提供給制造商。請(qǐng)注意，可穿戴設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用定制封裝，例如帶有球柵陣列(BGA)連接的晶圓級(jí)芯片級(jí)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 和 DSP）與他們選擇的內(nèi)存芯片集成在一個(gè)封裝中，稱為系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，如圖 1所示。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致需要更高密度的存儲(chǔ)設(shè)備，因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在需要存儲(chǔ)兩個(gè)處理器的應(yīng)用程序代碼和數(shù)據(jù)。為了啟用這些SiP設(shè)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。
圖 1傳統(tǒng)的可穿戴設(shè)備和可穿戴設(shè)備需要外部NOR閃存來(lái)存儲(chǔ)代碼、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)日志（左）。占用空間極小的應(yīng)用，例如具有真正無(wú)線立體聲 (TWS) 功能的無(wú)線耳塞，采用高密度堆疊芯片架構(gòu)，該架構(gòu)將MCU和DSP與內(nèi)存結(jié)合在一個(gè)芯片級(jí)封裝中（右圖）。
優(yōu)化以降低損失
傳統(tǒng)上，存儲(chǔ)設(shè)備是為廣泛應(yīng)用而設(shè)計(jì)的商品。然而，可聽(tīng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的嚴(yán)格限制要求使用針對(duì)尺寸、功率和可靠性進(jìn)行明確優(yōu)化的內(nèi)存。
有幾種方法可以優(yōu)化NOR閃存以最小化功耗。傳統(tǒng)上，低功耗是通過(guò)降低待機(jī)電流和有效讀取電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。深度掉電模式可以顯著延長(zhǎng)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(jī)電流為5.0 A，比 SEMPER NOR flash 低 54%，典型的深度掉電模式下降到1 μA，比SEMPER NOR flash 低 23% (圖 2）。
圖 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(nèi)存從活動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到待機(jī)模式所需的時(shí)間。為了最大限度地節(jié)省電力，內(nèi)存需要能夠立即進(jìn)入待機(jī)模式以避免不必要的電力浪費(fèi)（圖 3）。
圖 3 SEMPER Nano NOR閃存集成了一個(gè)處理器，用于從應(yīng)用CPU中卸載電源和可靠性處理。
快速讀取訪問(wèn)對(duì)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(nèi)部并行陣列接口上，以實(shí)現(xiàn)快速讀取時(shí)間，從而可以更快地啟動(dòng)更大的程序。
NOR falsh的快速訪問(wèn)和低功耗使得直接從閃存運(yùn)行代碼成為可能，這被稱為就地執(zhí)行 (XiP)，進(jìn)一步縮短了設(shè)備開(kāi)啟的時(shí)間。這種統(tǒng)一的內(nèi)存方法將代碼、數(shù)據(jù)和日志組合在一個(gè)內(nèi)存芯片中。它通過(guò)消除用于代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的RAM顯著減少了整體物理內(nèi)存占用。它還提高了整體可靠性，降低了功耗，并實(shí)現(xiàn)了更小的外形尺寸和簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。
更好的內(nèi)存等于更好的可穿戴設(shè)備
在可穿戴設(shè)備和可聽(tīng)設(shè)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(yī)療監(jiān)測(cè)等創(chuàng)新功能來(lái)區(qū)分產(chǎn)品，以提供卓越的用戶體驗(yàn)。這些特性增加了對(duì)針對(duì)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?qū)⒋a、數(shù)據(jù)和日志存儲(chǔ)在單個(gè)統(tǒng)一存儲(chǔ)器中——簡(jiǎn)化并加速了設(shè)計(jì)，同時(shí)使開(kāi)發(fā)人員能夠滿足這些應(yīng)用程序的嚴(yán)格設(shè)計(jì)限制。