低功耗和緊湊型解決方案滿足嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存要求

2014 年，賽普拉斯推出了 HyperBus 接口，該接口利用并行和串行接口存儲器的傳統(tǒng)特性，提高了系統(tǒng)性能，簡化了設計，并顯著降低了成本。在支持 HyperBus 的解決方案中，HyperRAM 是一種新穎的技術解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高達 333 MB/s 的吞吐量，在 HyperRAM 2.0 中增加到 400 MB/s。HyperRAM 2.0 是一種高速、低引腳數(shù)自刷新動態(tài) RAM (DRAM)，專為需要擴展內(nèi)存的高性能嵌入式系統(tǒng)而設計，例如汽車、工業(yè)、消費和物聯(lián)網(wǎng)應用。HyperRAM 2.0 提供 HyperBus 和 Octal SPI 接口，并在 DDR 模式下提供高達 400 MBps 的讀/寫帶寬。

超內(nèi)存

通過與 Cypress 的合作，華邦電子已經(jīng)推出了 32Mb 到 512Mb 密度的產(chǎn)品。目前，車規(guī)級24BGA（6×8 mm 2）、面向消費級可穿戴市場的WLCSP（Wafer Level Chip Scale Package）、KGD（Known Good Die）等產(chǎn)品均已上市。

除了 Cypress 之外，其他相關的領先 MCU 制造商，如 NXP、Renesas、ST 和 TI 都已經(jīng)開發(fā)了支持 HyperBus 接口的微控制器，并且他們的支持也有望在未來得到支持。同時，Cadence、Synopsys 和 Mobiveil 等領先的芯片 IP 供應商也開始提供 HyperBus 內(nèi)存控制 IP，從而加快了包含該內(nèi)存解決方案的產(chǎn)品的上市時間。

HyperRAM 可以顯著提高終端設備的性能，其主要優(yōu)勢如下：

低功耗：此特性是通過混合睡眠模式 (HSM) 實現(xiàn)的，該模式僅消耗 45μW@1.8V 和 55μW@3V（與相同容量的待機模式 SDRAM 的 2000μW@3.3V 相比）

減少占用空間：低引腳數(shù)可以節(jié)省 PCB 上的寶貴空間

易于控制：使用較少的活動引腳，設計更簡單，而不會影響整體系統(tǒng)性能。

除了更高的功耗外，低功耗 SDRAM 的外形尺寸比 HyperRAM 更大，這并不使其成為應盡可能減少占用空間和 PCB 面積的理想解決方案。如圖 1 所示，HyperRAM 接口僅需要 13 個引腳（DQ[7:0]、RWDS、CS#、RESET#、CK 和 CK#），大大簡化了 PCB 設計和封裝尺寸。反之亦然，傳統(tǒng)的 SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 38 個引腳和 8×8 mm 2的面積，而 LP SDRAM 解決方案在 54BGA 封裝中需要 41 個引腳和 9×8 mm 2的面積。因此，在產(chǎn)品的設計階段，更多引腳可用于實現(xiàn)附加功能，從而使解決方案更具成本效益。

圖 1：華邦 HyperRAM 框圖

HyperRAM 的另一個相關特性是它是一個自刷新 RAM，這意味著它可以在完成讀/寫操作后自動返回待機模式。這可以減少系統(tǒng)設計和固件開發(fā)的工作量。

關于可以從該解決方案中受益的用例和行業(yè)，它們包括所有需要低功耗和高 MCU 計算能力的應用，例如汽車、工業(yè) 4.0、智能家居、可穿戴設備和物聯(lián)網(wǎng)設備。此外，對于智能揚聲器和智能電表等電池供電設備，低功耗對于實現(xiàn)更長的電池壽命至關重要。

華邦 HyperRAM 是嵌入式 AI 和圖像處理分類的理想解決方案，其中設備應盡可能小，同時提供足夠的內(nèi)存空間來支持計算密集型算法，例如人臉識別、物體檢測、實時圖像識別和邊緣計算。

“HyperRAM實際應用案例主要有兩種：一種是精準圖像識別，一種是語音識別，兩者都支持語音或圖像的AI模型”，華邦半導體DRAM市場經(jīng)理Jacky Tseng在接受采訪時表示。與 EEWeb。

SpiStack

SpiStack 是華邦開發(fā)的一種內(nèi)存解決方案，它是通過將一個 NOR 裸片和一個 NAND 裸片堆疊到同一個封裝中而形成的，例如一個 64Mb 串行 NOR 和一個 1Gb QspiNAND 裸片。該解決方案使設計人員能夠靈活地將代碼存儲在 NOR 裸片中，并將數(shù)據(jù)存儲在 NAND 裸片中。

通過堆疊同構或異構閃存模塊，SpiStack 提供了具有不同密度的各種存儲器，用于代碼和數(shù)據(jù)存儲，同時為設計人員提供最大的存儲靈活性以滿足其設計要求。SpiStack 存儲器只需要 8 個信號管腳，而與堆疊裸片的數(shù)量無關?？梢酝ㄟ^簡單的軟件芯片選擇命令切換有源芯片，提供工廠分配的芯片 ID 號。該器件的時鐘頻率可高達 104MHz，對應于 Quad-SPI 下的 416MHz 時鐘速率。此外，SpiStack (NOR+NAND) 支持并發(fā)操作，這意味著其中一個裸片可以被編程或擦除，而另一個裸片可以同時編程/擦除/讀取，反之亦然。例如，應用程序可以使用 NOR 裸片（SpiFlash，它提供更好的耐用性和保持力，和快速的隨機訪問時間）用于存儲啟動代碼和應用程序代碼，而多個大型數(shù)據(jù)（例如嵌入式 AI 和相機圖像的學習數(shù)據(jù)）可以存儲在 NAND 芯片（QspiNAND）上。多個 SpiFlash 裸片，每個裸片的密度范圍從 16Mb 到 2Gb，可以與 NOR 和 NAND 裸片的任意組合堆疊。

如圖 2 所示，SpiStack 提供比連續(xù)讀取的串行 NAND 更好的讀取性能。這是因為 SpiStack 支持并發(fā)操作：在一個芯片上執(zhí)行讀取操作時，可以在另一個芯片上執(zhí)行寫入/擦除操作，而不會中斷數(shù)據(jù)更新的代碼執(zhí)行。

圖 2：SpiStack 與串行 NAND（續(xù)）。讀取性能

采用 SpiStack 解決方案帶來的主要好處主要有以下三個：

PCB 占用空間小：這是多個應用的強制性要求，包括物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、消費類和醫(yī)療設備

成本效益：SpiStack 解決方案允許減少組件數(shù)量和引腳數(shù)量，簡化 PCB 布局和布線

高靈活性：NOR 和 NAND die 的尺寸可以組合以滿足特定的應用需求。SpiFlash NOR 閃存提供 16Mb、32Mb、64Mb、128Mb 和 256Mb 大小，而 QspiNAND 提供 512Mb、1Gb 和 2Gb 大小。

“我們解決方案的第一個好處是它可以提供更小的外形尺寸，這對于物聯(lián)網(wǎng)等應用至關重要。第二個是成本，可以通過將兩個內(nèi)存芯片放在同一個芯片組中來降低成本。第三個好處是客戶可以選擇任何可用密度的 NOR 和 NAND 裸片”，華邦閃存營銷經(jīng)理 Wilson Huang 說。

此外，通過將兩個芯片集成在一個封裝中可以降低制造成本，并且通過使用標準封裝，即 8 焊盤 WSON 8mmx6mm 封裝來保持硬件兼容性（見圖 3）。

圖 3：SpiStack WSON 包

“我們提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，因為我們只使用成熟可靠的技術（46nm NAND 和 58nm NOR）。因此，質(zhì)量非常好，我們的客戶不需要擔心質(zhì)量”，華邦的演講者總結道。

審核編輯 黃昊宇