低功耗和紧凑型解决方案满足嵌入式系统内存要求

2021-08-20

低功耗和紧凑型解决方案满足嵌入式系统内存要求

2014 年，赛普拉斯推出了 HyperBus 接口，该接口利用(yòng)并行和串行接口存储器的传统特性，提高了系统性能(néng)，简化了设计，并显着降低了成本。在支持 HyperBus 的解决方案中，HyperRAM 是一种新(xīn)颖的技术解决方案，可(kě)以实现高达 333 MB/s 的吞吐量，在 HyperRAM 2.0 中增加到 400 MB/s。HyperRAM 2.0 是一种高速、低引脚数的自刷新(xīn)动态 RAM (DRAM)，专為(wèi)需要扩展内存的高性能(néng)嵌入式系统而设计，例如汽車(chē)、工业、消费和物(wù)联网应用(yòng)。HyperRAM 2.0 提供 HyperBus 和 Octal SPI 接口，并在 DDR 模式下提供高达 400 MBps 的读/写带宽。

超级内存

通过与赛普拉斯的合作，华邦電(diàn)子已经推出了32Mb到512Mb密度的产品。目前，24BGA（6×8mm 2）汽車(chē)级、WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package）面向消费级可(kě)穿戴市场、KGD（Known Good Die）产品都已上市。

除赛普拉斯外，其他(tā)相关领先的MCU厂商(shāng)如NXP、Renesas、ST、TI等都已经开发出了支持HyperBus接口的微控制器，未来也有(yǒu)望支持。同时，Cadence、Synopsys 和 Mobiveil 等领先的硅 IP 提供商(shāng)也开始提供 HyperBus 内存控制 IP，从而加快了包含该内存解决方案的产品的上市时间。

HyperRAM 可(kě)以显着提高终端设备的性能(néng)，其主要优势如下：

低功耗：此功能(néng)是通过混合睡眠模式 (HSM) 实现的，该模式仅消耗 45µ[email protected] 和 55µW@3V（与具有(yǒu)相同容量的待机模式 SDRAM 的 2000µ[email protected] 相比）

减少占用(yòng)空间：低引脚数可(kě)以节省 PCB 上的宝贵空间

易于控制：使用(yòng)较少的有(yǒu)源引脚，设计更简单，而不会影响整體(tǐ)系统性能(néng)。

除了更高的功耗外，低功耗 SDRAM 的外形尺寸比 HyperRAM 更大，这并不使它成為(wèi)需要尽可(kě)能(néng)减少占位面积和 PCB 面积的理(lǐ)想解决方案。如图 1 所示，HyperRAM 接口只需要 13 个引脚（DQ[7:0]、RWDS、CS#、RESET#、CK 和 CK#），大大简化了 PCB 设计和封装尺寸。反之亦然，传统的 SDRAM 解决方案在 54BGA 封装中需要 38 个引脚和 8×8 mm 2的面积，而 LP SDRAM 解决方案在 54BGA 封装中需要 41 个引脚和 9×8 mm 2的面积。因此，在产品的设计阶段，将有(yǒu)更多(duō)引脚可(kě)用(yòng)于实现附加功能(néng)，从而使

解决方案也更具成本效益。

图 1：华邦 HyperRAM 框图

HyperRAM 的另一个相关特性是它是一个自刷新(xīn) RAM，这意味着它可(kě)以在完成读/写操作后自动返回待机模式。这允许减少系统设计和固件开发的工作量。

关于可(kě)以从该解决方案中受益的用(yòng)例和行业，它们包括所有(yǒu)需要低功耗和高 MCU 计算能(néng)力的应用(yòng)，例如汽車(chē)、工业 4.0、智能(néng)家居、可(kě)穿戴设备和物(wù)联网设备。此外，对于智能(néng)扬声器和智能(néng)電(diàn)表等電(diàn)池供電(diàn)设备，低功耗对于实现更長(cháng)的電(diàn)池寿命至关重要。

华邦 HyperRAM 是嵌入式 AI 和图像处理(lǐ)分(fēn)类的理(lǐ)想解决方案，其中设备应尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)，同时提供足够的内存空间来支持计算密集型算法，如人脸识别、物(wù)體(tǐ)检测、实时图像识别和边缘计算。

“关于HyperRAM的实际应用(yòng)案例，主要有(yǒu)两个流：一个是精准的图像识别，另一个是语音识别，两者都支持语音或图像的AI模型”，华邦DRAM营销经理(lǐ)Jacky Tseng在接受采访时表示与EEWeb。

螺旋栈

SpiStack 是 Winbond 开发的存储器解决方案，它是通过将 NOR 芯片和 NAND 芯片堆叠到同一个封装中而形成的，例如，64Mb 串行 NOR 和 1Gb QspiNAND 芯片。该解决方案使设计人员能(néng)够灵活地将代码存储在 NOR 芯片中，并将数据存储在 NAND 芯片中。

通过堆叠同质或异质闪存模块，SpiStack 為(wèi)代码和数据存储提供了各种不同密度的存储器，同时為(wèi)设计人员提供了最大的存储灵活性，以满足他(tā)们的设计要求。SpiStack 存储器只需要 8 个信号引脚，而不管堆叠芯片的数量如何。活动芯片可(kě)以通过简单的软件芯片选择命令进行切换，提供工厂分(fēn)配的芯片 ID 号。该器件的时钟频率最高可(kě)达 104MHz，对应于 Quad-SPI 下的 416MHz 时钟速率。此外，SpiStack (NOR+NAND) 支持并发操作，这意味着其中一个可(kě)以被编程或擦除，而另一个可(kě)以同时被编程/擦除/读取，反之亦然。例如，应用(yòng)程序可(kě)以使用(yòng) NOR 芯片（SpiFlash，它提供更好的耐用(yòng)性和保持性，和快速随机访问时间）用(yòng)于存储启动代码和应用(yòng)程序代码，而多(duō)个大尺寸数据（例如嵌入式 AI 和相机图像的學(xué)习数据）可(kě)以存储在 NAND 芯片（QspiNAND）上。多(duō)个 SpiFlash 芯片，每个芯片的密度范围从 16Mb 到 2Gb，可(kě)以与 NOR 和 NAND 芯片的任意组合堆叠。

如图 2 所示，SpiStack 提供比连续读取的串行 NAND 更好的读取性能(néng)。这是因為(wèi) SpiStack 支持并发操作：在一个 die 上执行读操作时，可(kě)以在另一个 die 上执行写/擦除操作，而不会中断代码执行以进行数据更新(xīn)。

图 2：SpiStack 与串行 NAND w/cont。读取性能(néng)

采用(yòng) SpiStack 解决方案带来的主要好处主要有(yǒu)三点：

小(xiǎo) PCB 占用(yòng)空间：这是多(duō)种应用(yòng)的强制性要求，包括物(wù)联网、可(kě)穿戴设备、消费类设备和医疗设备

成本效率：SpiStack 解决方案允许减少组件数量和引脚数量，简化 PCB 布局和布線(xiàn)

高度灵活性：可(kě)以组合 NOR 和 NAND 芯片的尺寸以满足特定的应用(yòng)需求。SpiFlash NOR 闪存有(yǒu) 16Mb、32Mb、64Mb、128Mb 和 256Mb 大小(xiǎo)，而 QspiNAND 有(yǒu) 512Mb、1Gb 和 2Gb 大小(xiǎo)。

“我们解决方案的第一个好处是它可(kě)以提供更小(xiǎo)的外形，这对于物(wù)联网等应用(yòng)至关重要。第二个是成本，可(kě)以通过将两个内存芯片放在同一个芯片组中来降低成本。第三个好处是客户可(kě)以选择任何可(kě)用(yòng)密度的 NOR 和 NAND 芯片”，华邦闪存营销经理(lǐ) Wilson Huang 说。

此外，通过在一个封装中集成两个芯片可(kě)以降低制造成本，并通过使用(yòng)标准封装，即 8 焊盘 WSON 8mmx6mm 封装（见图 3）来保持硬件兼容性。

图 3：SpiStack WSON 包

“我们提供高质量的产品，因為(wèi)我们只使用(yòng)成熟可(kě)靠的技术（46 纳米 NAND 和 58 纳米 NOR）。所以，质量非常好，我们的客户不需要担心质量”，华邦的发言人总结道。