隨著汽車與工業應用變得更加智慧化、多元化與連網化,對於更高效能、安全可靠以及創新記憶體與儲存解決方案的需求也日益提高,特別是在汽車產業以及工業革命的發源地——歐洲。

歐洲不僅持續引領在汽車和工業電子等產業的快速發展,近來並致力於推動前瞻技術和產品創新的研發。根據市場研究機構PwC預估,到2030年,歐洲每年新掛牌的汽車數量將增加1/3,達到2,400萬輛。另一方面,工業物聯網市場也在2018年進入快速發展階段。著眼於這一龐大的成長商機,歐洲汽車與工業生態系統正持續增加對於生產製造、智慧工廠以及開發能力的投資,並積極以創新的技術或思維投入研發。

為了協助歐洲中小企業激發更多新興應用與產品研發,全球半導體儲存解決方案領導廠商華邦電子(Winbond Electronics)將在本週於德國舉行的2018年慕尼黑電子展(electronica 2018)展示旗下一系列創新的快閃記憶體(Flash)解決方案,包括高性能串列式(Serial) NAND Flash、SpiStack™ Flash、1.2V Serial NOR Flash以及安全認證記憶體等產品組合,直接接觸市場主力的中小型客戶,為歐洲汽車與工業市場注入新設計思考,並進一步拓展歐洲市場。

20181113_Winbond_NT41P2 華邦創新Flash系列解決方案亮相electronica 2018

高效能Serial NAND佈局汽車市場

因應汽車數位儀表板以及自動駕駛車不斷要求更高容量的記憶體,華邦推出高效能Serial NAND Flash (W25N01JW),提供較SPI NOR更高速、更高容量且更高性價比的另一個選擇。相較於一般標準型NAND Flash,新的高性能Serial NAND Flash一舉將傳輸速度提高3倍達到83MB/s,並可運用Dual Chip技術提升至166MB/s。

華邦電子快閃記憶體產品企劃處副處長陳葦霖指出,越來越多的汽車電子與高速運算不斷提高對於記憶體容量的需求,而在當今普遍使用的車用NOR Flash提高容量時,其價格也將以倍數成長,從而對於汽車製造商帶來了挑戰。

20181113_Winbond_NT41P1 華邦電子快閃記憶體產品企劃處副處長陳葦霖在electronica 2018介紹最新Flash解決方案

為此,華邦提供SPI NOR Flash之外的另一個選擇。傳輸速度高達83MB/s的全新W25N01JW Serial NAND Flash,可讓開機啟動速度相當於SPI NOR,因而能滿足車用儀表板快速啟動和多樣化圖型顯示的需求。此外,在品質和可靠性上也符合嚴格的車規標準。

陳葦霖說:「這款高性能的Serial NAND Flash品質媲美於NOR Flash,但其記憶體單元(cell)較NOR Flash更小,使其製造成本也更低得多。」因此,他看好這款以NAND架構提供高品質與高速的Flash存在足夠的吸引力讓車用顯示器領域的客戶導入。另一方面,為了琢磨更佳競爭力,客戶也會因應不同的市場切割其產品組合,因此預計不久將可看到NOR與NAND Flash共存於車用市場。

1.2V低電壓Flash讓IoT更省電

隨著越來越多的物聯網(IoT)裝置實現大規模部署與離線應用,節能正成為一項關鍵要求,不僅微控制器(MCU)設計的更省電,其週邊元件也必須相應地實現更低功耗。為了推動這一波節能發展方向,華邦自去年開始致力於推廣1.2V低電壓記憶體市場,攜手業界共同為低電壓Flash建立完整的生態鏈。

陳葦霖說,根據華邦解析Flash的功耗分佈後發現,95%的功耗都來自操作模式。因此,如何在操作模式下節能才是關鍵。華邦認為,降低操作功耗的最佳方式就是直接降低操作電壓。儘管這種設計想法對於DRAM、NAND Flash並不新鮮,但要落實於NOR Flash則是一項創舉也面對挑戰,不僅目前還沒有人開發這樣的產品,在技術上也存在一定限制。

儘管目前採用1.2V NOR Flash產品的參考設計還在萌芽期,但華邦認為低電壓架構勢在必行。陳葦霖說:「記憶體的操作電壓從過去的3V向1.8V靠攏,預計接下來將繼續前進到1.2V的低電壓;同樣地,NOR也將朝此方向前進。」

陳葦霖進一步解釋,華邦的Flash記憶體採用Floating Gate架構,內部必須維持高電壓操作,因此在降低外部電源(VCC)電壓時必須能有效地使其從低電壓升至高電壓,如何從1.2V升壓到接近十倍的內部電壓將對於設計帶來挑戰,這必須在設計和製程上實現突破。

華邦Spi Flash系列低電壓串列式Flash降低了待機與省電模式時的電流,可在高時脈頻率時保持原有的讀取電流,使用者可透過不同模式下的操作,優化功耗以獲得較長的電池續航力。

針對最新的1.2V低電壓Flash系列,特別適用於小型、可攜式或以電池供電的產品應用。華邦目前已經與幾家主流的行動裝置供應商洽談合作,預計在2019年下半年即可看到這一類的產品上市。

NOR與NAND Flash的異質整合

隨著先進駕駛輔助系統(ADAS)、數位相機、機器對機器(M2M)與IoT裝置等新一代產品日益微型化,在設計越來越輕薄短小的同時,容量也必須增加。此外,為了有效保護極其敏感的程式碼(如開機程式碼),華邦推出專有的SpiStack™技術,能以同質或異質堆疊Flash的封裝方式,因應各種儲存密度需求提供程式碼或資料儲存,同時賦予開發人員更大的設計彈性。

相較於以往在一顆晶片上封裝同質堆疊,華邦採用創新的NOR Flash結合NAND Flash的異質整合堆疊,使新的堆疊兼具NOR Flash的可靠度以及NAND更高密度資料儲存能力的雙重優點,同時還相容於原本的NOR Flash硬體架構。

20181113_Winbond_NT41P4 僅需1個SpiStack™元件即可讀寫開機程式碼與核心,降低BOM成本

陳葦霖指出,以往客戶需要這兩種產品組合時,通常必須使用較大的PCB空間或是購買較昂貴的Flash,甚至面臨資料管理問題(例如透過軟體維護保持NAND Flash的穩定度),而華邦利用SpiStack™的方式克服了NOR與NAND Flash異質整合的難題。

陳葦霖說:「NOR + NAND的異質整合架構進一步提高了容量、穩定度以及實現小型封裝,特別適用於具有PCB尺寸考量的小型裝置,以及ADAS前置攝影機與環景攝影機等要求高解析度影像辨識的利基型市場應用。」

20181113_Winbond_NT41P5 採用華邦SpiStack™的Linux嵌入式系統建置,展示如何連結AI與工廠自動化

安全認證快閃記憶體讓產品更可靠

為了有效防範物聯網時代越來越多新型連線攻擊的風險,華邦在此次electronica 2018還將展示安全認證快閃記憶體(Authentication flash)解決方案,包括採用W74M安全認證快閃記憶體的Wi-Fi、結合東芝(Toshiba)橋接器IC和Zuken韌體的車用乙太網路,以及安全應用等。

陳葦霖解釋,華邦W74M安全認證記憶體是直接在Flash提供硬體認證功能,透過共用相同的「根鑰」(Root Key),主控端和記憶體兩邊透過公開演算法進行認證動作。其最大特點是在W74M具有單向性的計數器,可提供永遠不會重複的演算法參數,避免遭受rollback攻擊。根鑰存放在一個一次性寫入(OTP)且無法讀取的儲存空間,以防止被覆寫;當Flash與系統端透過穩健的雙向認證後,有助於建立後續的加密應用。

「W74M安全認證記憶體支援多層認證,透過四組根鑰可對應到不同層次的主控進行綁定。例如物聯網裝置上的W74M安全認證記憶體可分別與主晶片、網路閘道器綁定不同的根鑰,或由雲端伺服器與終端模組上的Flash進行綁定,進行多層驗證。」陳葦霖強調,這種由雲端直接對Flash進行加密與認證,跳脫了以往僅由SoC綁定主導的途徑,提供了第三方的服務加值供應商創造出私有安全機制的基礎。

20181113_Winbond_NT41P6 以IP相機展示內建4組根鑰,可連結至閘道器進行綁定

每兩年舉行一次的慕尼黑電子展(electronica)是全球極具影響力與創新性的電子零組件專業展,在今年第28屆舉辦的electronica 2018預計將有50多個國家逾3,000家業者參展,吸引全球電子產業的研發工程師和產品採購人員齊聚於此科技業界盛宴。

因此,華邦電子期望藉由electronica 2018的機會,提高在歐洲的能見度,發掘更多隱身的客戶,直接面對採購人員與研發工程師瞭解客戶的需求,並以現有技術拓展新應用,進一步深入歐洲的汽車與工業等領域。

儘管歐洲市場目前並未對華邦帶來太多的營收貢獻,但中小型客戶一直是華邦期望深耕的市場。陳葦霖指出,「目前華邦在SPI Flash業界已經是主力供應商,大型客戶都是華邦的合作夥伴,歐洲中小型客戶多半具有很強的研發能力,更願意採納新技術開發新產品,因此他們重視的是長期的技術支援與產品穩定性,而這正是華邦的優勢所在。」