隨著汽車變得越來越智慧而需要使用更多記憶體,許多技術都瞄準了掌控車輛的「駕駛座」等核心應用;然而,可以肯定的是,NOR快閃記憶體(NOR flash)至少將從「副駕駛座」等子系統延伸至更多的車用體驗。

NOR flash由於具備可編程能力,而在許多應用中作為EEPROM的替代技術,並逐漸在一些需要快速、非揮發性記憶體(NVM)的應用領域中找到新機會,包括通訊、工業和汽車領域。特別是在自動駕駛車的快速發展下,NOR flash在車用領域的商機更受關注。

旺宏電子(Macronix International)自詡為NOR flash市場的主導供應商之一,最近宣稱已在這一車用市場排名第三。旺宏電子市場行銷處資深處長Anthony Le更明白表示,該公司有信心在未來兩到三年內進一步主導車用NOR flash市場。

Le說自己的職業生涯正與NOR flash的發展不謀而合,從1990年代中期的第一項技術專案開始,NOR flash當時即已進展到能夠承受車輛所需的高溫了。而今,Le說,NOR flash的耐熱能力以及長達20年的資料保留時間,更有助於旺宏定位於廣泛利用所有車用機會的有利地位。

Le說,NOR flash最初從車用廣播(radio)開始——這是車用領域中不需要太多記憶體的應用。但在過去十年來,中央控制台中的車載資通訊(telematics)以及所有的特性和功能均提高了對於記憶體的需求。如今,沒有數位顯示器的車子應該沒人要買了。他說,當今的汽車儀表板裝載各種高解析的圖形顯示,因而需要12-Mbit NOR flash,甚至高達1-Gbit,而不再只是以往車用廣播時代只需要1-Mbit了。

Le說:「在高性能的車用系統中,例如引擎蓋下方,除了NOR flash,應該無法使用其他的非揮發性記憶體。」

NOR flash 儘管NOR flash從車用廣播開始進入車用領域,但由於其快速啟動、可靠性和持久性等優點,預計未來將在整部車中找到更多新應用機會

Le表示,性能是最終推動NOR flash成為主宰更多車內應用的關鍵。他說:「我們即將達到乎可以即時啟動(instant on)的能力了,因為我們能夠真正以每秒約500MB的速度啟動處理器。」他補充說,當你一上車轉動車鑰匙,總會希望顯示器和後視攝影機同樣在一秒內啟動。

市場研究公司Objective Analysis首席分析師Jim Handy表示,「即時啟動」(instant-on)是汽車儀表板為什麼使用NOR flash的原因,因為它能立即啟動基本功能——NOR flash更適於執行程式碼,而NAND flash則需要特殊軟體才能控制程式碼。「而軟體基本上是將程式碼從NAND移植到DRAM,然後所有內容都從DRAM執行。事實上,你可以直接在NOR flash執行程式碼,但這不能直接從NAND執行。」

Handy表示,NOR已經用於當今汽車的許多部份了,而且還將找到更多應用,因為它十分有利於車用子系統。如果程式碼非常少,那麼將可使用內建NOR的微控制器(MCU);而在較複雜的系統中由於程式碼量較大,那麼它將採用外部NOR flash晶片。Handy說:「看看今天的自動駕駛車都至少備了一個光達(LiDAR),每個光達中都將內建一個NOR flash以控制其內部的各種功能。」

業界曾經一度認為NAND flash將致使NOR flash退出市場,但由於幾個原因而讓NOR一直持續存在。原因之一在於NAND雖然在需要儲存大量資料的應用中表現較佳,但Handy表示,NAND flash晶片有最低成本的要求,所以當涉及較少量的程式碼時,您無法只買1個50美分的NAND flash晶片。他說:「你可以買到一個50美分的NOR flash晶片。因為NOR製造商製造一個小晶片比起NAND製造商製造一個小晶片更有經濟效益。」

同時,即使是車用級的NAND也無法因應NOR所能承受的熱,而且也不具備關鍵汽車應用的可靠性。Le說,長期供貨能力(longevity)也是NOR flash的一項重要特性,因為汽車製造商喜歡能夠持續十年供應替換零件的產品。「我們現在甚至聽到支援15年供貨能力的種種壓力。」

賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)也在車用NOR flash方面佔據有利位置,也一直積極地致力於解決諸如先進駕駛輔助系統(ADAS)等應用的即時需求。該公司最近推出了一款名為Semper的新型NOR flash系列。

Cypress記憶體產品部門執行副總裁Sam Geha表示,這是首款專為符合汽車產業ISO 26262功能安全標準建構和設計的記憶體,可用於打造故障無礙(fail-safe)的安全嵌入式汽車系統。就像旺宏的NOR flash產品一樣,Semper據稱可在汽車應用中常見的極端溫度下支援超強的耐用性和資料保存能力。

Geha表示,汽車安全標準是打造新型NOR flash架構的關鍵驅動力。「如果你是汽車供應商,會想要購買符合安全標準的產品,還是跟其他人買低階產品?」他還認為Cypress能夠以其於MCU和SoC方面的專業技術實現差異化。

當然,即時啟動的能力至關重要,因為現在每輛車都至少配備了一個用於ADAS的後視攝影機——需要儀表板能快速啟動,這也一直是Cypress Hyperbus技術的重要市場之一。Geha說:「現在我們正開始走向自動駕駛,屆時未來車內不一定會有駕駛人,因而必須確保這款晶片不至於搞砸了汽車體驗。」

但這不僅用於需要NOR flash的儀表板和攝影機。Cypress也在動力傳動系統、引擎控制系統和底盤控制看到了巨大的市場機會,而且,由於車子溫度極高,可靠性至關重要,這也使得NOR flash成為首選技術。Geha表示,Semper的不同之處就在於其架構,這是Cypress計劃更進一步導入車用NOR flash的起點——就像堆疊樂高(Lego)積木一樣,我們希望輕鬆地添加這些IP模組就能實現更多功能。Geha說:「我們將在這個平台上添加更多重要的功能。」

Cypress從頭開始打造Semper Flash架構,以滿足汽車產業的需求,使其能隨著時間的進展而發揮功能。

NOR也不是完美無缺點的,但Le表示,目前最重要的問題之一與技術無關。由於這一市場規模大約在18到20億美元之間,許多業者已經退出了。儘管更多機會將在不久的將來出現,但NOR flash的道路並不會永遠持續下去。Le坦承,由於NOR flash難以進一步增強技術,因而在演進道路上將會遭遇瓶頸。「我們正在努力解決這個問題,但這真的不太容易。」他說主要的障礙在於浮動閘極技術的侷限性。事實上,這個障礙與平面NAND面臨的障礙並沒有什麼不同——一旦開始微縮,讀取的可靠性降低,你就必須增加損耗平均和壞塊處理等功能,不是嗎?Le說:「我們正逐漸接近NOR極限,但我們仍然能夠用一些技巧來延伸這項技術。」

NOR flash也以多路方向前進發展。Le說,就像NAND一樣,3D NOR也極具發展潛力,相關研究也在進行中。旺宏開始投入於多晶片封裝,期望在單晶片和晶片堆疊中達到相同的密度。他預計,NOR flash將在2025年佔據主導地位,部份原因在於汽車領域需要的長期供貨來源以及合格檢驗。「除此之外,我們也在考慮使用其他技術加以延續。」

Handy表示,儘管已經有人在研究3D NOR架構了,但目前還不確定最終結果如何。「值得注意的一點是,即使是旺宏提到的2025年到達終點,但那是指新一代的零件。」他說:「NOR flash能帶來長期供貨能力,因而在元件推出的20年後仍可大量出貨。」至於NAND,只要每次有新世代元件推出,幾乎就會擠掉傳統一代的元件。Handy說:「傳統的NAND元件可能使用壽命約5年,但傳統的NOR flash元件可能已經是30年的元件了。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:NOR Flash is Road Tested,by Gary Hilson)