如果從技術路線圖來看,閃存 (Code Storage Flash)、TrustMETM安全閃存、利基型動態隨機存取內存 (Specialty?DRAM)和移動隨機存取內存 (Mobile DRAM)是華邦手中的“四大王牌”。

最具代表性的DRAM產品適用于需配備4Gb或以下容量DRAM的應用,如人工智能加速器、物聯網、汽車、工業用、電信、WiFi-6、WiFi-6E、xDSL、光纖網絡、智能電視、機頂盒、IP攝像頭等。

其中,利基型動態隨機存取內存產品組合涵蓋SDRAM、DDR、DDR3、DDR4等多個類型,容量從16Mb到4Gb不等;移動隨機存取內存則能夠提供PSRAM、HYPERRAMTM、LPSDR/LPDDR、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4/4X等產品,容量從32Mb到4Gb不等。

工藝方面,華邦臺中工廠以46nm和38nm制程為主,高雄工廠今后將主攻20nm甚至是1y以下的先進制程工藝。但就目前而言,25nm和25snm工藝會是華邦的重點所在,臺中、高雄兩座工廠都為此進行了大量投入。

“從2019年到2021年,DRAM和Flash市場一直處于缺貨狀態,加之受到COVID-19疫情和俄烏戰爭影響,缺貨的時間表又被延長。我們預計最早要到今年下半年或是2023年,內存市場的供貨狀況才會有所緩和?!比A邦DRAM產品技術經理Tetsu Ho在先前舉辦的研討會中表示,很多不同類型的內存廠商都在積極擴充產能,華邦也不例外,其第二座12寸晶圓廠預計將于2022年第四季度落成使用。

賦能物聯網新時代

Tetsu Ho援引IoT?AnalyTIcs Research的最新報告稱,物聯網半導體市場規模將有望從2020年的330億美元增長到2025年的800億美元,復合年增長率高達19%。其中,物聯網微控制器 (MCU)、物聯網連接芯片組、物聯網AI芯片組和物聯網安全芯片組和模塊,將成為增長最為迅猛的四大領域。

以MCU為例,作為IoT市場的核心組件,MCU在物聯網設備中主要負責傳感器的監測與控制,其市場滲透率預計將有望從2019年的18%增加至2025年的29%。其中,僅32位MCU的出貨量就將在2025年? 達到230億顆。而隨著終端IoT設備智能化程度的不斷提高,IoT AI芯片組的出貨量也有望在2025年達到6億顆規模,年復合增長率高達22% (2019-2025年)。

與此同時,眾多無線通信方式,無論是3G/4G/5G,還是LoRa、超低功耗藍牙、Zigbee、Wi-Fi,層出不窮,在物聯網設備、手機、服務器和云端間架起溝通的橋梁。當然,隨著數據呈海量爆發模式,數據安全的重要性變得日趨重要,打造“以硬件為基礎的根信任”正成為行業普遍共識和努力目標。

“其實,華邦的存儲產品在上述四大領域中無處不在,它們默默扮演著AIoT這個偉大時代幕后英雄的角色,但卻很少被人們所熟知?!盩etsu Ho說,在智能手表中,所有監測到的數據,包括心跳、血壓、呼吸,甚至是最關鍵的血氧含量,都被完整地記錄在以華邦64Mb pseudo-SRAM、128Mb Low Power SDR、256Mb HYPERRAM、256Mb Low Power DDR為代表的存儲芯片中。

在騎行者最喜歡使用的自行車車表中,華邦1Gb Low Power DDR2產品準確記錄著從速度傳感器、GPS、踏板功率計等多個渠道采集而來的數據,消費者可以通過數據分享實現社群交流的目的,讓看上去略顯枯燥的數據變成出色的社交工具,拉近人與人之間的距離。

開車通勤也是很常見的物聯網應用場景。無論是汽車儀表盤 (cluster)、信息娛樂系統 (infotainment),或是遠程信息處理 (telemaTIcs)、先進駕駛輔助系統(ADAS),以及車聯網 (V2X),華邦都有相對應的內存和接口產品供車廠選擇,包括HYPERRAM、SDR、LPDDR、DDR2、DDR3、LPDDR4等,無處不在。

值得一提的是,隨著汽車智能化程度越來越高,消費者已經可以將手機經由藍牙與汽車相連,通過OBD (On-board DiagnosTIcs,車載自動診斷系統) 傳輸轉速、油溫、渦輪轉速/壓力等數據,或是通過OTA方式進行系統更新。所以,在手機中,華邦可提供1Gb LPDDR2和2Gb LPDDR4小容量內存產品,主要用于手機基帶中進行LTE和5G的數據傳輸。

而在智能家居行業中,Matter標準的出臺讓人們看到了解決智能家居系統碎片化的希望所在。簡單來說,引入Matter規范之后,買家無需確定Nest恒溫器是否與Apple?HomeKit兼容,或者Amazon Echo設備是否可以控制第三方智能門鎖,只需在設備上尋找Matter批準印簽,即可確?;ゲ僮餍?。對于智能家居產品制造商而言,可以通過統一標準來構建產品,從而簡化開發過程。同時,Matter規范是基于IP的標準,也為開發人員提供了通用且已構建的溝通交流基礎。

預計從2022年至2030年,將有超過200億部無線互聯智能家居設備在全球出售,其中很大一部分設備類型將滿足Matter規范。在未來幾年內,這些產品中的絕大部分,還有其他的產品,諸如消費型機器人和智能電器,也將會支持Matter規范。

智能家居硬件出貨量(2021-2030)?圖源:ABI Research


基于此,OEM廠商將更多地期待他們的合作伙伴和供應商,不僅要提供集成的連接、處理、安全硬件和軟件,還要提供服務和基礎設施,以簡化設備的創造和管理。這對包括華邦在內的半導體芯片廠商來說,無疑意味著新的、巨大的市場機會。

其實,對5G/4G/IoT/Wi-Fi等眾多無線通信協議的無縫支持,是Tetsu Ho在研討會中強調的重點。下圖中,X軸代表數據傳輸速率 (Mbps),縱軸代表傳輸范圍,不難發現,3G時代功能機中使用最多的是32Mb/64Mb pseudo-SRAM,但目前已經逐步被小容量的HYPERRAM所取代;到了4G時代,華邦LPDDR2產品在高頻寬LTE Cat4-Cat10終端中被大量使用;而現在的5G終端中廣泛使用的則是LPDDR4產品。

另一塊不能被忽視的領域,是以NFC、Zigbee、藍牙、BLE,甚至Wi-SUN、WiFi-HaLow、LPWA為代表的眾多短距離、低速率無線協議,目前華邦在該領域的主打方案是HYPERRAM系列。

在與蜂窩通信系統并行演進的Wi-Fi系統中,從Wi-Fi 4到最新的Wi-Fi 7,華邦都有參與其中。例如在Wi-Fi 1-4的時代,主要采用64Mb-512Mb SDR或DDR產品;Wi-Fi 5時代則是256Mb-2Gb DDR2/DDR3;而到了當前最熱門的Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E和Wi-Fi 時代7,由于頻寬需求大幅增加,所以1Gb-4Gb DDR3/DDR4產品成為行業主流。

為此,華邦方面承諾說,公司將在未來10多年內繼續生產DDR3 SDRAM產品,以確保滿足客戶的長期使用需求。目前,華邦DDR3出貨量占DRAM總收入的30%,預計2024年將增加至50%。此外,華邦位于臺灣高雄的新建晶圓廠將于2022年第四季度啟用,采用更先進的制造技術提升產能。

GP-BoostTM?Memory,值得期待

Tetsu Ho用下圖為我們展示了CPU/MPU/MCU產品在不同的IoT時代里所呈現的變遷。在早期的物聯網時代,主要的數據都來源于各級各類傳感器,信息簡單,不需要太大的頻寬;到了工業物聯網 (IIOT) 時代,物聯網終端設備開始趨于復雜,一些基本的數據決策和計算需要在本地完成,再加上4G的發展,無縫網絡/全覆蓋網絡 (seamless network) 變得十分重要;進入AIoT時代,與傳統印象中“大部分運算會在邊緣服務器上或是邊緣網關上進行處理”不同的是,相當分量的計算任務被放置于邊緣終端上,從而對低延遲、安全隱私、邊緣AI、網絡連接提出了更高的要求。

為了應對上述變化,華邦在產線中引入了GP-Boost? memory概念,覆蓋從32Mb-256Mb ULP HYPERRAM到1-2Gb LPDDR4/4X內存的所有產品。用戶可以根據不同物聯網設備的屬性和要求,自由選擇對應的DRAM容量、性能和功耗。

以華邦的64Mb HYPERRAM為例,要知道,HYPERRAM在華邦GP-Boost DRAM產品線中的定位是“超低功耗 (Ultra Low Power, ULP)”,因此,在室溫1.8V條件下,其待機功耗為70uW,而相同容量的SDRAM的功耗則是2000Uw (3.3V);更重要的是,HYPERRAM在混合睡眠模式 (HSM,Hybrid Sleep Mode) 下的功耗僅有35Uw (1.8V),與SDRAM在待機模式下的功耗有明顯差異。

與pSRAM的31個引腳數相比,HYPERRAM只有13個信號引腳,相比早期SDRAM或是Pseudo SRAM大于50個的引腳數 (pin count),更是大大簡化了PCB設計。當設計師設計成品時,MPU上的更多引腳可用于其他目的,設計師也可使用更少引腳的MPU 以獲得更高經濟效益。

眾所周知,控制接口越少,DRAM控制器所需的復雜度就越低。相較于PSRAM 9個/LPSDRAM 18個控制接口,HYPERRAM成功實現了控制接口簡化。此外,相較于其他傳統DRAM產品,HYPERRAM的開發時間更短,可以采用最新型的半導體制程節點與封裝技術,以此縮小產品封裝尺寸。較少的主機控制接口與較小的封裝尺寸均幫助HYPERRAM?減少內存在PCB板上的占用空間,從而可大幅節省終端產品的體積,更適用于尺寸敏感的可穿戴設備。

HYPERRAM的實際應用情況遠比我們想象中的更為普及。其中,KGD產品占據了當前HYPERRAM市場中的很大一部分份額,通過與各家芯片廠商合作,華邦HYPERRAM產品被集成在SoC里,應用于各類物聯網應用中。此外,HYPERRAM也可以被單獨應用,例如采用BGA封裝的HYPERRAM產品更多應用于智能家居領域,可穿戴設備則傾向于使用采用晶圓級封裝 (WLCSP)封裝的產品。

目前,采用HYPERRAM產品的應用市場主要來自4G功能手機、智能手表、LTE物聯網模塊、人工智能物聯網設備,從去年年底開始,包括智能音箱、智能家居、家用攝像頭、智能門鈴、智能門鎖、工業用人機界面,甚至汽車儀表在內的多個市場,也都開始陸續導入HYPERRAM設計。

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謝世誠

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