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富士通半導(dǎo)體FRAM產(chǎn)品這一無電池存儲技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用，特別是讀寫壽命長、功耗極低有利于延長電池使用壽命。
在計量儀表行業(yè)，水表/氣表目前仍是不同于電表的一個“藍海”市場，對成本的敏感度遠低于對功耗的敏感度，正是因為這一特點，使得FRAM這一無電池存儲技術(shù)在無論是通信單元(中繼)還是計量單元都得到越來越多的應(yīng)用。
而在深圳最近舉辦的2015智能水/氣計量及管網(wǎng)執(zhí)行力論壇(WATER&GAS METERING China2015)上，富士通半導(dǎo)體的展臺人頭攢動，業(yè)界對這一新型存儲技術(shù)的關(guān)注可見一斑，F(xiàn)RAM在電表領(lǐng)域的成功很快將延伸到一顆電池要用10-15年的水/氣表中，甚至有過之而無不及。
富士通半導(dǎo)體FRAM產(chǎn)品中國市場負責人、市場部高級經(jīng)理蔡振宇進一步分析了個中因素：相比電表的智能化程度，水表/氣表的電子化和智能化還屬于剛剛起步，因此市場空間巨大，特別是為建設(shè)節(jié)水型社會，國家相關(guān)部門已明確提出用水要全面實施階梯收費，水表改造的推進實現(xiàn)將快速推動數(shù)據(jù)存儲等電子元件在水表/氣表中的應(yīng)用;另外，人口紅利消失和勞動力成本不斷上升正推動遠程抄表系統(tǒng)的部署，水表/氣表的智能化程度必須也正在不斷提到，這也會帶動存儲器的應(yīng)用，特別是讀寫壽命長、功耗極低有利于延長電池使用壽命的FRAM將有極大的用武之地。
富士通半導(dǎo)體作為此次論壇的重要贊助商，除了展出非常適合水表/氣表及工業(yè)應(yīng)用的FRAM產(chǎn)品方案和演示板、最新的功率及信號繼電器產(chǎn)品系列之外，還在論壇上做了題為“富士通鐵電在流量計中的應(yīng)用”的精彩演講，深入分析了FRAM相對EEPROM、Flash的優(yōu)勢和應(yīng)用案例。
顛覆對非易失性存儲器的認知
作為非易失性存儲器，F(xiàn)RAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統(tǒng)易失性存儲器的級別的高速寫入速度，讀寫周期是傳統(tǒng)非易失性存儲器的1/30,000，但讀寫耐久性卻是后者的1,000萬倍，達到了10萬億次，可實現(xiàn)高頻繁的數(shù)據(jù)紀錄 (實時的記錄)。
“相當于可以從唐朝寫到現(xiàn)在!”蔡振宇在演講中這樣形象地描述FRAM的讀寫耐久性，若按5ms一次讀寫頻率來計算，達到10萬億次花費的時間是1,585年。EEPROM只有100萬次讀寫壽命，若按此讀寫頻率，1個半小時就會報廢，更別說只有10萬次讀寫壽命的Flash了。另外，F(xiàn)RAM的數(shù)據(jù)保持時間也極長，在85℃環(huán)境下，可以達到至少10年。
“有人可能會提到，EEPROM/Flash可以分區(qū)來操作讀寫以提高壽命，即耗損均衡技術(shù)(wear leveling)，”蔡振宇還分析道，“但這樣會對軟件的冗余度提出更多要求，并占用CPU(MCU)更多工作時間，因而會提升系統(tǒng)功耗，尤其不適合水表/氣表這種電池供電計量應(yīng)用。而不需要wear leveling的FRAM可實現(xiàn)存儲器的小容量化，降低軟件的復(fù)雜化和漏洞(bug)混入的可能性，工程師犯錯的幾率也降低了，提升了整個系統(tǒng)的可靠性。” 另外他提到，無論是電池供電還電路供電，采用FRAM后，斷電時即使需要數(shù)據(jù)寫入操作時也不需要大電容。
而談到器件功耗本身，F(xiàn)RAM又展現(xiàn)“傲嬌”的一面，EEPROM/Flash讀寫周期較長，擦寫時特別耗電，而FRAM讀寫周期短，因而功耗水平只有EEPROM的大約1/300、Flash的1/100,000。
“若水表/氣表沒有辦法從MCU的角度去降低功耗，可以再考慮轉(zhuǎn)換存儲器類型來幫助降低整個系統(tǒng)功耗。”蔡振宇給參加論壇的業(yè)內(nèi)人士建議道。而且，如果使用EEPROM或Flash的話，若在長時間的數(shù)據(jù)寫入期間發(fā)生電源中斷，數(shù)據(jù)有丟失的危險，而FRAM不會有此風(fēng)險，因而斷電時，即使需要數(shù)據(jù)寫入操作時，也不需要大電容。
在本次論壇的展區(qū)現(xiàn)場，富士通半導(dǎo)體通過拍攝圖片的方式現(xiàn)場演示了FRAM的高速讀寫和可靠保存數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，并通過接通一盞LED的亮度不同體現(xiàn)功耗的巨大差異。
另外，蔡振宇在演講時還特別強調(diào)，富士通半導(dǎo)體的FRAM與EEPROM封裝相同，引腳也完全兼容，功能方面也具有兼容性，各種接口通用(I2C 、SPI 和并口)，協(xié)議兼容，替代使用上沒有任何障礙。
流量計中的中、外應(yīng)用實例
而FRAM的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，富士通FRAM過去幾年在中國的智能卡、電力儀表(三相表和集中器)、工業(yè)控制、辦公設(shè)備、汽車音響導(dǎo)航儀器、游戲機、RFID、醫(yī)療器械及醫(yī)療電子標簽等等行業(yè)率先取得了可喜的成績，得到大批量應(yīng)用。如下圖所示，富士通半導(dǎo)體的FRAM進入水、氣表市場領(lǐng)域已近兩年，那么進展情況如何呢?據(jù)蔡振宇介紹，雖說整體經(jīng)濟環(huán)境比較疲軟，但并沒有阻止水表氣表的智能化進程，對FRAM需求增長平穩(wěn)，富士通FRAM在這領(lǐng)域的營收增長達到了30%。
他進一步指出：“中國的水表氣表制造商/方案商集中在江浙滬、重慶等地，已有不少開始采用FRAM進行新產(chǎn)品的研發(fā)，而集中抄表模塊制造商、開發(fā)商在華南居多，他們對FRAM也產(chǎn)生了濃厚興趣，一些新項目研發(fā)已在開始采用FRAM。”
與電力儀表一樣，富士通FRAM正在成為水表/氣表及其集抄系統(tǒng)的最佳解決方案選擇。如下圖所示，在水表/氣表系統(tǒng)，從集中器到每家每戶的水表/氣表終端，都能夠看到FRAM的身影。在集中器中，F(xiàn)RAM用于儲存通信歷史數(shù)據(jù)，而在氣表應(yīng)用中，F(xiàn)RAM用于儲存煤氣流量歷史數(shù)據(jù)，在水表應(yīng)用中，F(xiàn)RAM用于儲存水流量歷史數(shù)據(jù)。
蔡振宇表示：“電池壽命問題是靠一個電池供電的水表/氣表的關(guān)鍵所在，里面的電池需要用到10-15年。而低功耗的富士通半導(dǎo)體FRAM本身功耗就相對很低，加上富士通FRAM的讀寫高速性能將大大縮短微處理器演算狀態(tài),延長其待機狀態(tài)，因而能進一步延長電池壽命!”
如上圖所示，在相同的條件下(元件容量為16Kbit，功耗包括待機電流)，采用EEPROM 耗電量高達500mAh，而采用FRAM的耗電量僅10mAh，后者僅為前者的1/50!
“FRAM在性能上的優(yōu)勢是明顯的，不過存儲產(chǎn)品的質(zhì)量也是客戶非常看重的另外一個因素。”蔡振宇最后總結(jié)道，“富士通半導(dǎo)體使用成熟技術(shù)生產(chǎn)FRAM的時間已經(jīng)超過10年。我們從1999年開始量產(chǎn)，15年已經(jīng)累計銷售達到25.8億片F(xiàn)RAM產(chǎn)品。高可靠性、完備一體的供貨系統(tǒng)、宏大的經(jīng)營業(yè)務(wù)遠景是我們對客戶的承諾。”
