PCM存儲(chǔ)器優(yōu)化智能電表成本和性能

　　新一代智能電表對(duì)成本和性能提出了更高的要求。而PCM(相變存儲(chǔ)器)作為新一代存儲(chǔ)器，對(duì)智能電表存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一整合，優(yōu)化了電表成本和性能。2010年5月7日，美光(Micron)宣布并購(gòu)恒憶。合并后，兩大存儲(chǔ)器芯片廠商將為客戶提供業(yè)內(nèi)最完整、最具創(chuàng)新性的產(chǎn)品組合，其中包括PCM產(chǎn)品。

　　PCM綜合性能高

　　PCM是利用特殊材料在加熱和冷卻過(guò)程中，通過(guò)晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化所表現(xiàn)出來(lái)的導(dǎo)電性差異來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　據(jù)美光亞洲區(qū)嵌入式業(yè)務(wù)總經(jīng)理徐宏來(lái)先生介紹，PCM的概念其實(shí)早在上世紀(jì)60年代就被提出。隨著DRAM、NAND、NOR等主流存儲(chǔ)器的工藝技術(shù)逐步逼近它們的極限尺寸，基于分子材料的PCM存儲(chǔ)器開(kāi)始獲得業(yè)界的關(guān)注。今年4月，美光率先在市場(chǎng)上推出相變存儲(chǔ)器OmneoP5Q和OmneoP8P。與其他存儲(chǔ)器相比，PCM有幾大突出優(yōu)勢(shì)：

　　制造工藝升級(jí)空間大。理論上估計(jì)，PCM可以做到5nm量級(jí)，小于電子存儲(chǔ)技術(shù)的極限值。

　　具備位修改特性。PCM大大簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)過(guò)程中的寫(xiě)操作過(guò)程，提升了寫(xiě)的速度。而 NAND和NOR不具備位修改特性。

　　耐擦寫(xiě)次數(shù)高。PCM達(dá)到100萬(wàn)次，是一般閃存的10倍。

　　與其他存儲(chǔ)器相比，PCM的綜合性能非常高。

　　優(yōu)化電表成本和可靠性

　　PCM存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)可以表現(xiàn)在智能電表設(shè)計(jì)中。在智能電表的設(shè)計(jì)中，基于對(duì)寫(xiě)入次數(shù)、可靠性和成本的考慮，主要是采用3類(lèi)獨(dú)立的存儲(chǔ)器件。具體來(lái)說(shuō)，主要是MCU通過(guò)SPI串行接口或者并行接口使用NVRAM(非易失性隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)來(lái)記錄實(shí)時(shí)信息，EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)和Flash(閃存)記錄歷史數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)方案是對(duì)成本和可靠性綜合考慮后的折中方案。“PCM由于具有先進(jìn)的工藝(目前PCM是90nm，EEPROM一般采用200nm～300nm)、高可擦寫(xiě)次數(shù)、位改寫(xiě)以及快速接口(CLK頻率66MHz)的優(yōu)勢(shì)，因而可以對(duì)目前的電表存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一整合。”徐宏來(lái)先生介紹說(shuō)，“也就是說(shuō)，智能電表只使用一顆PCM芯片P5Q就可以滿足目前存儲(chǔ)方案的要求。”另外，其較大的容量也為電表未來(lái)存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)提供保障。

　　成本降低和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化是PCM給電表工業(yè)帶來(lái)的最大益處之一。通過(guò)對(duì)目前電表存儲(chǔ)器進(jìn)行整合，由一顆PCM芯片完成所有的存儲(chǔ)功能，芯片成本可以降低30%～50%，設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化;同時(shí)，相關(guān)隱性成本的降低，如PCB上SPI接口數(shù)量的減少(3個(gè)到1個(gè))，斷電保護(hù)電容或電池可以選擇較小容值的產(chǎn)品，這些也使電表整體成本下降。而且，PCM的單芯片方案不需要采購(gòu)多種芯片，可以減少庫(kù)存和現(xiàn)金的占用。

　　在可靠性方面，PCM作為一種整合方案，其可靠性要高于采用多種存儲(chǔ)器件的方案。徐宏來(lái)先生介紹說(shuō)，PCM主要從以下兩個(gè)方面來(lái)降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)：一是提供業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，使客戶在設(shè)計(jì)中可以利用原有的軟硬件資源，如電路板設(shè)計(jì)、軟件驅(qū)動(dòng)等;二是對(duì)PCM器件進(jìn)行系列高標(biāo)準(zhǔn)的可靠性試驗(yàn)，從而保證美光產(chǎn)品滿足客戶的多種使用要求。

　　在溫度應(yīng)用范圍方面，由于PCM基于熱相變材料，對(duì)溫度有一定的敏感性。這對(duì)PCM的影響主要體現(xiàn)在回流焊階段。由于回流焊的溫度在200℃以上，會(huì)對(duì)PCM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)造成影響。這對(duì)需要預(yù)先燒錄存儲(chǔ)器件的產(chǎn)品應(yīng)用影響較大。但在電表領(lǐng)域，由于很少在存儲(chǔ)器件中預(yù)存大量的數(shù)據(jù)，因此基本沒(méi)有影響。當(dāng)然，未來(lái)隨著工藝的改進(jìn)，相信PCM的操作環(huán)境溫度可以擴(kuò)展到-45℃～80℃，這將與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器一樣。

　　目前，美光提供的SPI接口產(chǎn)品在各個(gè)方面都可以滿足MCU接口的要求，并在接口速度等方面超過(guò)了目前的其他存儲(chǔ)器件。美光正在與MCU廠商和主要的電表設(shè)計(jì)公司合作，不斷改進(jìn)其解決方案。

　　保障持續(xù)研發(fā)能力

　　美光目前提供量產(chǎn)的芯片包括90nm的并行接口和SPI接口的芯片，這些產(chǎn)品的容量均為128MB。而且，美光強(qiáng)大的產(chǎn)能和供應(yīng)鏈也為電表應(yīng)用提供了保障。未來(lái)，美光會(huì)繼續(xù)提供采用45nm工藝、兼容SPI和并行接口的PCM產(chǎn)品，并研發(fā)采用新型接口如DDR接口的產(chǎn)品，以滿足存儲(chǔ)市場(chǎng)的需求。

　　智能電表行業(yè)要求未來(lái)存儲(chǔ)器成本持續(xù)降低、存儲(chǔ)容量系列化以及更高的性能(如更高的寫(xiě)入速度和更低的功耗等)。而美光通過(guò)45nm以及后續(xù)更先進(jìn)的制造工藝，將提供32MB～256MB的系列容量和更低成本的PCM方案。同時(shí)，隨著工藝成本的降低，PCM寫(xiě)入速度和功耗等參數(shù)也會(huì)大幅優(yōu)化。