富士通FRAM“上天入地”，拓展更多低功耗、高可靠性應(yīng)用空間

 在前不久落下帷幕的深圳國(guó)際電子展現(xiàn)場(chǎng)，聚集了大量專業(yè)觀眾的富士通展臺(tái)格外亮眼，而引發(fā)這場(chǎng)圍觀的“黑科技”之一就是已“上天入地”的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FRAM)。據(jù)富士通展臺(tái)工程師介紹，從要抗宇宙輻射的衛(wèi)星裝置，到頗接地氣的無(wú)電池舒適智能家居設(shè)備，已處處可見(jiàn)這種先進(jìn)非易失性嵌入式存儲(chǔ)技術(shù)的身影。除FRAM外，在本次展會(huì)上富士通還展示了繼電器Relay、設(shè)計(jì)可追溯管理工具SQTRACER等領(lǐng)先技術(shù)。

圖1：深圳電子展富士通展臺(tái)。

最具潛力的FRAM應(yīng)用領(lǐng)域是哪些?

FRAM可以說(shuō)天生傲驕，相較于傳統(tǒng)EEPROM的無(wú)延遲高速寫入、10萬(wàn)億次高讀寫耐久性、10年以上數(shù)據(jù)保持時(shí)間、無(wú)電池低功耗等特性，以及優(yōu)于MRAM的抗電磁輻射能力，使得采用了FRAM的產(chǎn)品也成了高要求、高品質(zhì)、高科技的象征。FRAM的上述特性可幫助拓展很多應(yīng)有的想象空間，其中低功耗特性已被應(yīng)用到助聽(tīng)器、POS機(jī)、水表、氣表等場(chǎng)景中，高讀寫耐久性、高速寫入則為太陽(yáng)能、電表、ATM機(jī)等提供極佳的解決方案，而高速寫入和數(shù)據(jù)保持的特性使其廣泛進(jìn)入行車記錄、醫(yī)療器械、PLC等對(duì)嚴(yán)苛應(yīng)用環(huán)境中。

圖2：按FRAM的性能劃分應(yīng)用范圍。

富士通還受邀參加了本屆深圳電子展同期舉辦的第九屆中國(guó)國(guó)際醫(yī)療電子技術(shù)大會(huì)。會(huì)上，富士通電子產(chǎn)品管理部高級(jí)經(jīng)理章堃重點(diǎn)向來(lái)賓介紹了FRAM針對(duì)醫(yī)療行業(yè)的優(yōu)勢(shì)特性和應(yīng)用案例，同時(shí)還列舉了富士通FRAM在諸如智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、工業(yè)控制等其它領(lǐng)域中的新興應(yīng)用案例。

圖3：富士通產(chǎn)品管理部高級(jí)經(jīng)理張堃

“基于我們多年的技術(shù)積累和自主制造能力，富士通的FRAM是非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的，小容量產(chǎn)品在智能卡、認(rèn)證電子設(shè)備等領(lǐng)域表現(xiàn)出色，中容量產(chǎn)品已廣泛進(jìn)入到三表、工業(yè)控制、汽車導(dǎo)航等領(lǐng)域，大容量產(chǎn)品將持續(xù)在SSD、醫(yī)療器械、電池管理、助聽(tīng)器等領(lǐng)域發(fā)力。所有這些都是我們看好的潛力市場(chǎng)。”章堃介紹道。

圖4：按容量劃分FRAM應(yīng)用范圍。

如何充分發(fā)揮FRAM特色?

鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)產(chǎn)品將ROM的非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性和RAM的無(wú)限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等優(yōu)勢(shì)合而為一，這使FRAM在以下應(yīng)用領(lǐng)域中具有了較大的優(yōu)勢(shì)：

1. 頻繁數(shù)據(jù)記錄環(huán)境

更高寫入耐性的FRAM允許無(wú)任何限制的變更記錄。任何時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)的改變，都將及時(shí)寫入到存儲(chǔ)器中，這樣可以保證系統(tǒng)可以頻繁存儲(chǔ)最新?tīng)顟B(tài)和重要數(shù)據(jù)， 防止任何意外導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。。

2. 高噪聲環(huán)境

錯(cuò)誤的概率跟窗口的大小成正比，在劇烈的噪音或功率波動(dòng)情況下，EEPROM的寫入時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)漏洞(以毫秒衡量)，在此期間寫入可能被中斷，而FRAM的寫入執(zhí)行窗口少于200ns。

圖5：幾乎零延時(shí)的富士通FRAM高速寫入性能演示。

3. RFID系統(tǒng)

低功耗訪問(wèn)在RFID系統(tǒng)中至關(guān)重要，因?yàn)槟茉聪氖桥c距離呈指數(shù)下降的。在非接觸式存儲(chǔ)器領(lǐng)域里，F(xiàn)RAM提供一個(gè)理想的解決方案，通過(guò)對(duì)射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)改進(jìn)寫入距離，降低運(yùn)動(dòng)的靈敏性以及降低射頻功率需求，使需要寫入的應(yīng)用獲得優(yōu)勢(shì)。

4. 診斷和維護(hù)系統(tǒng)

在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)里，記錄系統(tǒng)失效時(shí)的操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài)是非常寶貴的。由于FRAM具備高耐久性的特點(diǎn)，可以生成一個(gè)理想的系統(tǒng)日志，因而從計(jì)算機(jī)工作站到工業(yè)過(guò)程控制等不同的系統(tǒng)，都能從FRAM中獲益。

作為全球領(lǐng)先的ICT提供商，富士通不斷推陳出新，為市場(chǎng)帶來(lái)新產(chǎn)品新技術(shù)。“富士通在FRAM研發(fā)和制造上擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，從1995年開(kāi)始量產(chǎn)，16年間已累計(jì)銷售25.8億片F(xiàn)RAM，并已形成自己的產(chǎn)品特色。一方面富士通的FRAM集成度較高，性價(jià)比非常有優(yōu)勢(shì)，另一方面富士通有自己的工廠，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全方位保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，還有非常重要的一點(diǎn)是：富士通以不斷創(chuàng)新來(lái)滿足客戶的不同需求。”章堃深入分析了富士通的優(yōu)勢(shì)所在。

FRAM成高要求醫(yī)療電子最佳解決方案

健康產(chǎn)業(yè)被比爾·蓋茨喻為“未來(lái)能超越信息產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)”，而西方經(jīng)濟(jì)學(xué)家則把它看作是繼IT產(chǎn)業(yè)后的“全球財(cái)富第五波“，這也反映了這一產(chǎn)業(yè)巨大的增長(zhǎng)潛力。

在中國(guó)，醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)近4萬(wàn)億的市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)在過(guò)去五年中保持了超過(guò)20%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)在未來(lái)五年它的規(guī)模還將翻一倍，達(dá)到8萬(wàn)億，接近屆時(shí)中國(guó)GDP的10%。

圖6：2010~2018年醫(yī)療器械增長(zhǎng)趨勢(shì)圖

富士通正加速在健康產(chǎn)業(yè)的布局，主要包括FRAM單體存儲(chǔ)器在醫(yī)療器械中的應(yīng)用、FRAM RFID在醫(yī)療醫(yī)藥中的應(yīng)用、FRAM認(rèn)證芯片在醫(yī)療醫(yī)藥中的應(yīng)用這三方面。

FRAM是高要求醫(yī)療器械的最佳解決方案，尤其適用于需要非易失性、頻繁記錄重要參數(shù)和高可靠性的產(chǎn)品。例如在監(jiān)護(hù)儀的應(yīng)用中，F(xiàn)RAM的高可靠性為儲(chǔ)存設(shè)定參數(shù)提供保障，F(xiàn)RAM的高速讀寫/高讀寫耐久性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)護(hù)者信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，F(xiàn)RAM無(wú)需電池、大電容的特性使醫(yī)療器械更加節(jié)能環(huán)保，以上優(yōu)點(diǎn)還被廣泛應(yīng)用于呼吸機(jī)、輸液泵、掃描儀、有線內(nèi)視鏡等醫(yī)療器械中。

圖7：FRAM在監(jiān)護(hù)儀中的應(yīng)用.

鐵電FRAM利用結(jié)晶的分極來(lái)保存數(shù)據(jù)，EEPROM則是利用電荷來(lái)保存數(shù)據(jù)。由于保存數(shù)據(jù)的原理不同，F(xiàn)RAM 比EEPROM更加適合應(yīng)用于醫(yī)療醫(yī)藥行業(yè)。比如伽馬線和電子線滅菌易使EEPROM保存的數(shù)據(jù)丟失，而使用了FRAM標(biāo)簽的醫(yī)療設(shè)備、包裝材料可以直接進(jìn)行滅菌，標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)并不會(huì)消失。富士通FRAM RFID在醫(yī)療醫(yī)藥中的應(yīng)用可分為自動(dòng)識(shí)別、醫(yī)院管理、放射線耐性、醫(yī)院管理四個(gè)部分。

醫(yī)療醫(yī)藥認(rèn)證是極為嚴(yán)格的檢測(cè)，對(duì)產(chǎn)品要求也較高，而FRAM很好地滿足了這一需求。需要注意的是，使用了FRAM的驗(yàn)證芯片需要同時(shí)裝備于電子器械的主體和外設(shè)，驗(yàn)證過(guò)程為：首先MCU向驗(yàn)證芯片發(fā)送隨機(jī)數(shù)據(jù)，然后驗(yàn)證芯片進(jìn)行演算，并將演算結(jié)果加密后對(duì)MCU發(fā)出響應(yīng)，最后由MCU對(duì)主體和外設(shè)的響應(yīng)值進(jìn)行驗(yàn)證，響應(yīng)值正確就判斷為成功。在這一過(guò)程中加密密鑰是保存在FRAM中的，這有效地保護(hù)了數(shù)據(jù)的安全。

圖8：FRAM在通用驗(yàn)證芯片中的應(yīng)用

FRAM RFID技術(shù)助力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

近年，萬(wàn)物互聯(lián)已成全球發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)Gartner(高德納咨詢公司)和麥肯錫等調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球連接到互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備到2020年將超過(guò)260億臺(tái)，這意味著萬(wàn)物互聯(lián)每年將為全球經(jīng)濟(jì)帶來(lái)高達(dá)3.9萬(wàn)億至11.1萬(wàn)億美元的影響力。隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增加，如何使其更加安全、便捷、節(jié)能逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

關(guān)于富士通FRAM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，章堃分享道：“日本某知名廠商正研發(fā)新一代的智能馬桶，利用富士通最新的FRAM RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制器的去電池化，借助外部極小的能量便可啟動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)馬桶的控制，省去了布線、換電池的麻煩。”

圖9：FRAM RFID的廣泛應(yīng)用

據(jù)章堃透露，2017年中富士通有望將量產(chǎn)新一代FRAM產(chǎn)品，集成度更高，會(huì)加入更多邏輯，集成一些傳感器，針對(duì)非電池系統(tǒng)，可以替代部分MCU的功能。新一代產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)信息的收集，其中一個(gè)非常典型的應(yīng)用例子是電子紙，可用來(lái)存儲(chǔ)超市出售商品的各種信息供消費(fèi)者參考。

“FRAM的未來(lái)值得期待，而富士通FRAM新產(chǎn)品同樣值得期待!”他表示。