在人腦中，海馬體負(fù)責(zé)記憶相關(guān)的重要功能。類似的，在電子系統(tǒng)中，扮演“海馬體”角色的則是存儲器。作為半導(dǎo)體元器件中不可或缺的組成部分，存儲器與數(shù)據(jù)相伴而生，是應(yīng)用面最廣、市場比例最高的集成電路基礎(chǔ)性產(chǎn)品。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球存儲器收入增加135億美元，占2020年整個半導(dǎo)體市場收入增長的44%。

 

 

圖1：2020年全球半導(dǎo)體收入增長結(jié)構(gòu)分布（前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

 

近年來，AI、IoT等技術(shù)推動消費電子和大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，市場對存儲的需求呈現(xiàn)白熱化的趨勢。尤其在IoT領(lǐng)域，產(chǎn)品的功耗和尺寸一直是行業(yè)不斷尋求突破的方向。對于存儲器而言，低功耗、小體積、高運行速度等關(guān)鍵特性也逐漸成為打入IoT應(yīng)用的必要條件。

 

AIoT多元新需求和端側(cè)算力，推動各類存儲器市場增長和技術(shù)演進(jìn)

 

萬物互聯(lián)時代，數(shù)據(jù)流源源不斷；同時，算力的提升推動了計算結(jié)構(gòu)的變化——從過去的端到云，變成了現(xiàn)在的云到端。這一過程中，不僅要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備擁有網(wǎng)絡(luò)連接能力，還需要一些基礎(chǔ)的計算能力、即主芯片的算力，這也意味著端側(cè)的算法更龐大、更復(fù)雜，存儲算法代碼的存儲器容量也隨之增加。

 

“NOR Flash具備隨機存儲、可靠性強、讀取速度快、可執(zhí)行代碼等優(yōu)異的特性，有望在IoT設(shè)備中替代NAND Flash與DRAM。處理器/主芯片可直接從NOR Flash里調(diào)用系統(tǒng)代碼并運行，可同時滿足存儲與運行內(nèi)存的要求，這使得NOR Flash的市場需求逐年增加，預(yù)計每年的增長率將超過10%。”兆易創(chuàng)新存儲事業(yè)部資深產(chǎn)品市場總監(jiān)陳暉表示。

 

顯然，物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)AIoT產(chǎn)品（TWS、可穿戴）的爆發(fā)式增長，已成為NOR Flash存儲器需求增長的主要驅(qū)動力。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年全球NOR Flash市場規(guī)模在30.6億美元左右，到2022年將進(jìn)一步增長到37.2億美元。

 

據(jù)陳暉介紹，作為存儲領(lǐng)域的主力產(chǎn)品，兆易創(chuàng)新SPI NOR Flash已經(jīng)擁有26個產(chǎn)品線系列、16種產(chǎn)品容量、7種溫度規(guī)格、4個電壓范圍以及25種封裝方式。數(shù)據(jù)表明，自2008年推出中國首顆SPI NOR Flash以來，兆易創(chuàng)新已成為全球排名第三、中國排名第一的SPI NOR Flash供應(yīng)商，F(xiàn)lash產(chǎn)品累計出貨量更是超過160億顆！

 

 

圖2：兆易創(chuàng)新推出全面豐富的NOR Flash產(chǎn)品及解決方案

 

在耀眼成績的背后，是兆易創(chuàng)新不斷尋求自身突破的決心。陳暉表示：“兆易創(chuàng)新的策略一直緊密結(jié)合市場的動態(tài)，依靠產(chǎn)品定義與特點推出不同性能的產(chǎn)品，滿足客戶多樣化的需求，逐漸覆蓋工業(yè)、消費，甚至汽車等領(lǐng)域。”目前，兆易創(chuàng)新55nm先進(jìn)制程工藝的SPI NOR Flash已進(jìn)入全線量產(chǎn)階段，相較前一代產(chǎn)品性能更高、容量更豐富、功耗也更低。針對車用市場也推出了車規(guī)級3.0v、1.8v SPI NOR Flash產(chǎn)品，容量涵蓋2Mb-2Gb，滿足不同的車載應(yīng)用需求。

 

除了NOR Flash之外，SLC NAND Flash、DRAM亦是兆易創(chuàng)新側(cè)重的存儲產(chǎn)品方向，并持續(xù)加大投入。2020年10月，兆易創(chuàng)新正式推出全國產(chǎn)化24nm工藝節(jié)點的4Gb SPI NAND Flash產(chǎn)品——GD5F4GM5系列。該系列實現(xiàn)了從設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造到封裝測試所有環(huán)節(jié)的純國產(chǎn)化和自主化，并已成功量產(chǎn)。另外在DRAM內(nèi)存芯片布局方面，2021年6月兆易創(chuàng)新宣布首款自有品牌4Gb DDR4產(chǎn)品GDQ2BFAA系列量產(chǎn)，該產(chǎn)品實現(xiàn)了從設(shè)計、流片，到封測、驗證的全國產(chǎn)化，標(biāo)志著兆易創(chuàng)新成功將業(yè)務(wù)觸角拓展到了DRAM主流存儲市場。

 

 

圖3：兆易創(chuàng)新4Gb SPI NAND Flash產(chǎn)品——GD5F4GM5系列

 

追逐尺寸、功耗、安全、性能 “全優(yōu)”？高超的產(chǎn)品定義是一門藝術(shù)

 

蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)為NOR Flash市場注入了一劑強心針，但物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的多樣性、復(fù)雜性，也給NOR Flash帶來了全新的挑戰(zhàn)。比如，盡管封裝體積小、信號引線少是SPI NOR Flash的主要優(yōu)點，但在IoT設(shè)備日趨小型化的要求下、進(jìn)一步縮小產(chǎn)品封裝體積勢在必行；多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用由于地理位置或成本原因，某些場合甚至需要10年以上，因此功耗也是物聯(lián)網(wǎng)終端或模塊最重要的指標(biāo)之一。此外，諸如容量、安全等方面也是廠商不得不面臨的挑戰(zhàn)課題。

 

以近年來愈發(fā)火熱的可穿戴設(shè)備來看，此類設(shè)備一方面需要采集用戶的數(shù)據(jù)信息提供智能化的建議，例如位置信息、心率信息等，另一方面也需要把外界數(shù)據(jù)傳輸給用戶，如音樂、視頻與通話等，這些過程都離不開NOR Flash的支持。在內(nèi)部空間“寸土寸金”的情況下，其電子元器件需要滿足體積小、低功耗的要求。

 

譬如，隨著TWS耳機邁入2.0時代，包括OTA升級、骨傳導(dǎo)、語音識別、降噪、觸控等多種功能的出現(xiàn)，為了存儲更多固件和代碼程序，往往需要外擴一顆32Mbit甚至更大容量的SPI NOR Flash，同時也要求小體積和低功耗。

 

作為應(yīng)對之道，兆易創(chuàng)新今年初宣布將WLCSP封裝方式引入自家存儲器件。跟其它封裝相比，在同等容量下兆易創(chuàng)新存儲器件的尺寸最小能做到長寬均不足1mm、最薄0.25mm，約是USON8 (3mm x 2mm)封裝體積的1/10。針對TWS耳機產(chǎn)品，兆易創(chuàng)新還可以根據(jù)客戶需求，將Flash與主芯片采用疊封的形式，不用單獨再為Flash開一塊空間，對整個系統(tǒng)PCB的面積縮減有極大幫助。

 

 

圖4：WLCSP封裝與其他封裝對比

 

 

圖5：WLCSP封裝對比USON8封裝，體積約為后者的十分之一

 

此外，兆易創(chuàng)新還推出了業(yè)界讀功耗最低的LE系列SPI NOR Flash，其工作電壓為1.65~2.0V，產(chǎn)品容量涵蓋2Mb~512Mb，可滿足不同應(yīng)用需求。在功耗方面，該LE系列的睡眠電流低至0.1uA，四通道133Hz的情況下讀取功耗低至5mA，比行業(yè)平均水平低40%左右。

 

 

圖6：同樣封裝體積下，兆易創(chuàng)新提供豐富的容量選擇

 

安全性則是存儲器設(shè)計和應(yīng)用的另一大考量。在IoT應(yīng)用中，F(xiàn)lash由于存儲了眾多關(guān)鍵的系統(tǒng)代碼，相較SoC更容易被作為攻擊的對象，提升安全性顯得尤為重要。“提升系統(tǒng)安全性不能只是從Flash安全規(guī)格或加密技術(shù)入手，更多需要將Flash與主芯片，如MCU、SoC等進(jìn)行整體考慮。雖然安全級別一般而言是越高越好，但我們考慮Flash的安全功能，應(yīng)該與終端產(chǎn)品定位、主芯片定位相互匹配，這樣才能做出符合市場需求的均衡產(chǎn)品。”陳暉表示，“當(dāng)然，兆易創(chuàng)新Flash正在結(jié)合自身的MCU產(chǎn)品，或與更多SoC廠商進(jìn)行緊密合作，致力于提升對IoT設(shè)備及系統(tǒng)的安全性能。”

 

存算感一體，兆易創(chuàng)新產(chǎn)品生態(tài)協(xié)同效應(yīng)初現(xiàn)

 

事實上，不只是物聯(lián)網(wǎng)，在包括汽車電子、5G、智能手機，以及TDDI將觸控功能整合進(jìn)入驅(qū)動IC等需求的推動下，NOR Flash市場潛能已經(jīng)被完全激活。“目前，兆易創(chuàng)新已經(jīng)與全球頂級的通信設(shè)備廠商達(dá)成了合作，同時針對車規(guī)市場更大容量的512Mb-2Gb產(chǎn)品也通過了AEC-Q100的認(rèn)證。”陳暉表示，隨著用戶需求增加、系統(tǒng)功能更新、代碼復(fù)雜度提升，未來兆易創(chuàng)新的Flash產(chǎn)品將繼續(xù)向大容量、高性能、高可靠性、低功耗、小封裝的方向演進(jìn)。

 

除了Flash和MCU業(yè)務(wù)，聯(lián)動基于觸控和指紋識別的傳感器業(yè)務(wù)，兆易創(chuàng)新正積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)整合、拓展戰(zhàn)略布局，打造存儲、控制、傳感、互聯(lián)、以及邊緣計算的一體化解決方案滿足客戶的不同需求。萬物互聯(lián)時代，兆易創(chuàng)新全面布局“存儲+MCU+傳感器”的強強組合形成了獨特的生態(tài)協(xié)同效應(yīng)，即使在產(chǎn)能緊張的背景下，仍然通過供應(yīng)鏈多元化管理的布局優(yōu)勢，成為率先恢復(fù)產(chǎn)能有序供應(yīng)的半導(dǎo)體企業(yè)，從而應(yīng)對不斷變化的行業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)。