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NOR闪存如何帮助克服可穿戴设备的设计挑战


NOR闪存如何帮助克服可穿戴设备的设计挑战

尽管可穿戴和可听技术似乎是上一代手持设备的延伸,但提高其价值、用户体验和功能所需的创新功能增加了相当大的复杂性。例如,必须在严格的外形尺寸和功率限制内为智能手表添加时尚的特性和功能。

因此,当我们看到更小的设备(例如助听器和耳塞)时,需要满足更严格的限制,特别是产品重量。为了在下一代设备中对这些产品功能进行易于实施的修订和持续改进,可穿戴设备和可听设备依赖于内存。内存是启用这些先进设备的关键设计因素。

提供卓越用户体验所需的功能

向系统添加创新功能可以显着增加代码大小。例如,生命体征监测需要更多的数据内存来实现额外的设计方面,例如安全性、无线(OTA)更新、数据记录和人工智能(AI)

接下来,安全对于每一个连接的设备来说都变得越来越重要,并且需要持续更新。对于智能手表等无线设备,这些更新更经常使用OTA机制实现,这需要足够的内存来维护和验证第二个代码映像,然后再将控制权转移到新代码。

许多设备也开始实施数据记录。记录用户体验和数据的影响才刚刚开始被探索,并将启用一系列全新的定制功能。当前跟踪用户的设备(例如健康监视器)将使用更多传感器,从而捕获更多数据。

对于这些设备的下一代,边缘人工智能将成为一种颠覆性趋势,从而导致对内存大小的要求增加。这些边缘设备使用先进的AI系统运行机器学习(ML)算法,以在设备上本地处理数据,以实现语音识别、面部识别、指纹检测和健康监测等功能。由于成本更低、尺寸小和能效高,这些设备依靠微控制器(MCU)来运行复杂的ML算法。MCU部署用于并行处理的专用内核,使 ML 模型能够在设备本身上运行和优化。

记忆在产品差异化中的作用

所有这些新功能都推动了对更多非易失性存储器的需求,这意味着即使断电也能够保留存储数据的存储器。由于许多可穿戴设备和耳戴式设备都是由电池供电的,因此NOR闪存通常是首选内存,因为它具有快速读取访问、耐用性和可靠性。

事实上,智能手表、无线耳塞和其他穿戴式设备的NOR闪存市场预计将从2019年的9000万美元增长到2024年的超过2.65亿美元。这种增长是由汽车、医疗和工业等领域的互联设备对内存的需求增加推动的。同时,预计密度要求也会增加,可穿戴设备将从较低密度的64 Mb存储器转移到中等密度的256 Mb存储器。

物理尺寸可以说是这些存储器最关键的方面,因为裸片尺寸直接决定了成本、最终设备尺寸以及最终产品的外形尺寸。可听设备和可穿戴设备的独特要求之一是存储设备的高度或轮廓很重要。因此,内存芯片的深度也必须优化,并且在某些应用中,如可听设备,重量也是至关重要的。

由于这些原因,内存制造商不断开发创新技术和新架构,以改善芯片尺寸和功耗。以SEMPER NOR闪存系列为例,它利用专有的MIRRORBIT技术在每个单元中存储两个数据位,从而使器件内存部分的密度增加一倍。差异很大,因为它可以在更小的空间内实现更高密度的内存。典型的256 Mb NOR闪存的裸片尺寸约为18 mm 2。使用MIRRORBIT技术,256 Mb可以安装在13.6 mm 2芯片上。

内存还需要作为芯片提供给制造商。请注意,可穿戴设备的标准方法是使用定制封装,例如带有球栅阵列(BGA)连接的晶圆级芯片级封装(WLCSP)。简而言之,制造商使用他们的封装将多个处理器(例如 CPU DSP)与他们选择的内存芯片集成在一个封装中,称为系统级封装(SiP),如图 1所示。这反过来又导致需要更高密度的存储设备,因为它们现在需要存储两个处理器的应用程序代码和数据。为了启用这些SiP设备,SEMPER Nano以已知良好晶圆 (KGW) 格式提供,OEM 可以将其与其选择的处理器集成。

1传统的可穿戴设备和可穿戴设备需要外部NOR闪存来存储代码、数据和数据日志(左)。占用空间极小的应用,例如具有真正无线立体声 (TWS) 功能的无线耳塞,采用高密度堆叠芯片架构,该架构将MCUDSP与内存结合在一个芯片级封装中(右图)。

优化以降低损失

传统上,存储设备是为广泛应用而设计的商品。然而,可听设备和可穿戴设备市场的严格限制要求使用针对尺寸、功率和可靠性进行明确优化的内存。

有几种方法可以优化NOR闪存以最小化功耗。传统上,低功耗是通过降低待机电流和有效读取电流来实现的。深度掉电模式可以显着延长电池工作寿命,进一步提高电源效率。从这个角度来看,SEMPER Nano NOR flash 的典型待机电流为5.0 A,比 SEMPER NOR flash 54%,典型的深度掉电模式下降到1 µA,比SEMPER NOR flash 23% ( 2)。

2 SEMPER Nano NOR闪存与SEMPER NOR闪存的功耗比较。

降低功耗的关键是最大限度地减少内存从活动模式转换到待机模式所需的时间。为了最大限度地节省电力,内存需要能够立即进入待机模式以避免不必要的电力浪费(图 3)。

3 SEMPER Nano NOR闪存集成了一个处理器,用于从应用CPU中卸载电源和可靠性处理。

快速读取访问对于即时启动等功能至关重要。没有人愿意等待他们的耳塞启动。在这里,NOR闪存建立在内部并行阵列接口上,以实现快速读取时间,从而可以更快地启动更大的程序。

NOR falsh的快速访问和低功耗使得直接从闪存运行代码成为可能,这被称为就地执行 (XiP),进一步缩短了设备开启的时间。这种统一的内存方法将代码、数据和日志组合在一个内存芯片中。它通过消除用于代码和数据存储的RAM显着减少了整体物理内存占用。它还提高了整体可靠性,降低了功耗,并实现了更小的外形尺寸和简化的设计。

更好的内存等于更好的可穿戴设备

在可穿戴设备和可听设备市场取得成功和盈利的关键是通过先进的健身和医疗监测等创新功能来区分产品,以提供卓越的用户体验。这些特性增加了对针对尺寸、低功耗和可靠性进行优化的更高密度NOR闪存的需求。NOR闪存的集成可靠性功能——能够将代码、数据和日志存储在单个统一存储器中——简化并加速了设计,同时使开发人员能够满足这些应用程序的严格设计限制。

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