隨著物聯網(IoT)與人工智慧(AI)快速匯流的AIoT新應用崛起,以及先進駕駛輔助系統(ADAS)與車聯網(V2X)必須處理的感測資料與日俱增,記憶體市場正經歷巨大變化,不僅需要高效能的處理器或微控制器(MCU),還必須搭配高容量密度、高頻寬且低功耗的先進記憶體。

在AIoT智慧物聯時代,透過AI在裝置上進行即時運算處理與儲存,在ADAS和自動駕駛車的高畫質顯示器、龐大感測器資料以及高強度運算都要求強大的處理器,必須搭配更高容量密度的記憶體和I/O頻寬,而這只有動態隨機存取記憶體(DRAM)才能實現。

從市場面來看,車聯網在ADAS加持下,持續在物聯網領域佔據核心地位。根據市場研究公司IC Insights預測,2018年全球物聯網系統將達到939億美元的市場規模,其中最強勁的成長就來自車聯網,預期今年將成長21.6%達到45億美元。由於汽車製造商競相在新車中加入更多的ADAS和自動化控制以提高安全性,持續推動車聯網應用快速成長。

全球半導體儲存解決方案領導廠商華邦電子(Winbond Electronics)自2009年切入汽車市場後如今耕耘有成,除了乘勝前進至下一階段的ADAS與數位儀表板市場,也將積極擴展熱門的IoT與AI應用。著眼於這些市場對於記憶體的需求快速起飛,華邦電子正積極擴產、興建新廠,逐步提升良率,並投入新產品的開發。

華邦電子並參加近日在德國舉行的2018年慕尼黑電子展(electronica 2018),展示滿足汽車、物聯網以及AI運算市場需求的最新DRAM解決方案,藉由接觸歐洲潛在中小型客戶的機會,擴展華邦DRAM產品在歐洲汽車市場以及AIoT領域的能見度。

Winbond dram electronica 2018 華邦在electronica 2018展示滿足汽車、物聯網以及AI運算需求的全系列DRAM解決方案

全系列DRAM切入車用ADAS

因應車載資訊娛樂系統日益普及,ADAS與自動駕駛技術必須即時處理的感測資料量越來越龐大,使其所需的記憶體容量、I/O頻寬等要求隨之升級。華邦自中、低容量產品切入,針對各類汽車應用提供涵蓋256Mbit到8Gbit的LPDDR2、LPDDR3和LPDDR4全系列DRAM解決方案,能因應從車載資訊娛樂、ADAS到未來自動駕駛車即將帶來的大量資料需求。

華邦電子行動憶體產品銷企劃處副處長賴韋仲指出,汽車電子應用通常分為數位儀表板、車載資訊娛樂、車載資通訊(Telematics)、ADAS、車對基礎設施(V2X;車聯網)以及乙太網路。華邦電子進軍汽車市場之初是從較易於切入的車載資訊娛樂系統著手,當時約佔華邦車用領域約七、八成營收。如今,華邦在此領域耕耘有成,更多的車用電子營收來自於ADAS和數位儀表板,而這也是華邦今年在electronica的展示重點。

例如支援1Gb和2Gb的LPDDR2——W97-H,鎖定ADAS應用,目前已量產。而針對在汽車中佔5成記憶體用量的車資訊娛樂系統,華邦可提供從1Gb到4Gb容量的DDR3 DRAM,符合大部份中低階系統記憶體需求。至於下一代影像更豐富的車載資訊娛樂應用,將會需要用到LPDDR4,主要瞄準要求更高密度的高階汽車應用。

賴韋仲說:「當我們從車載資訊娛樂前進到ADAS應用,無論是車用攝影機還是系統,除了記憶體容量、I/O頻寬必須升級,對於安全和可靠性的要求也更高許多。」此外,華邦也瞄準車載資通訊和V2X領域,積極投入新產品的開發,將更全面性地涵蓋各種汽車應用。

另一方面,華邦今年參展electronica 2018希望傳遞的另一個訊息是:「除了汽車,華邦也是工業領域值得信賴的夥伴。」賴韋仲強調,華邦正逐步將汽車領域的技術方案延伸至工業領域,如工業自動化應用。

賴韋仲指出,由於工控設備的折舊約在8-10年以上,加上工業自動化應用對於品質的要求更嚴謹,產品世代更新較慢,預計未來3-5年,DDR3平台仍是工控/自動化的主流。此外,華邦也將藉由此次展會與施耐德電機(Schneider Electric)和西門子(Siemens)等歐洲知名工業大廠發展合作夥伴關係,進一步拓展工業市場。

低功耗方案搶搭AIoT熱潮

在AI與IoT快速匯流的AIoT智慧物聯時代,支援AI的終端裝置除了即時儲存、處理與分析感測器資料,還必須具備低功耗、小尺寸且低成本。為了搶搭這一波AIoT匯流商機,華邦在其DRAM產品發展藍圖中加進了因應IoT低功耗裝置需求的完整產品組合,將有助於客戶在前期設計以電池供電的產品或是低功耗微控制器(MCU)時提供其所需要的低功耗記憶體。

華邦在electronica 2018展示的行動DRAM系列——256Mb LPDDR2 SDRAM支援部份區域陣列自我刷新(PASR)、自動溫度補償自我刷新(ATCSR)以及華邦創新的深度自我刷新(DSR)模式,能夠進一步延伸省電機制,達到最好的節能效率,大幅降低約50%功耗。

這些具有DSR技術的產品可讓手機製造商或是其他以電池供電產品的製造商藉由消耗較少電量的記憶體達到最好的節能效率,特別適用於需要待機跑比較慢運算的環境時,如行動裝置、智慧手錶以及穿戴式裝置等。

華邦的行動DRAM記憶體元件同時支援x16和x32數據頻寬。而除了256Mb LPDDR2,華邦並針對各類穿戴式應用延伸開發不同密度級的版本,包括512Mb、1Gb和2Gb等。

此外,虛擬靜態隨機存取記憶體(PSRAM) x8 BW則由DRAM主體核心與傳統SRAM介面組成。晶片上的刷新電路省略了使用者需要記憶體刷新的考量。相較於傳統的CMOS SRAM,PSRAM具有更高容量、高速度、更小晶片尺寸以及相容於DRAM的優勢。

賴韋仲介紹,此次展出的這款PSRAM x8 BW可在觸發啟用後自動回到休眠模式,而無需隨時處於耗電狀態,因而可將待機功耗大幅降低60%,主要的訴求在於MCU——特別是未來的MCU,適於共享單車以及偏遠地區的電錶等應用。

專為Edge AI量身打造的記憶體

隨著AI功能持續從雲端走向邊緣,龐大資料量儲存、處理與分析逐漸下落至終端裝置,從而對於記憶體的效能與可靠性帶來更嚴格的要求。然而,目前在Edge AI領域並不容易找到適用的DRAM。這是因為市場上現有的記憶體都不是針對AI或邊緣運算等新興應用及其密度需求而打造的,使得新創公司或晶片商很難找到符合Edge AI需求的記憶體。

賴韋仲解釋,AI必須透過演算法進行運算與判斷準確性,為了在記憶體中執行這些MAC運算與準確性判斷,需要更大的I/O頻寬,x32 I/O或更高頻寬的記憶體不可或缺。然而,「目前x32 I/O的LPDDR2/3/4都是為了智慧型手機而打造的,其記憶體密度要求越來越高,並不適用於Edge AI所需的256Mb-2Gb。例如,x32 I/O LPDDR3的記憶體密度可能達到8Gb,甚至LPDDR4元件都高達12Gb以上了,很難在x32 I/O記憶體看到256Mb-2Gb的元件,這對於產品規模要求不大的新創公司帶來了挑戰。」

因此,華邦針對過渡至Edge AI運算應用提供支援256Mb-2Gb以及其他密度選擇的x32 I/O LPDDR2/3/4解決方案,而當客戶在2-3 年後需要更高密度、更大頻寬產品時,華邦的LPDDR4方案也已經就緒。

針對AIoT等晶片組的開發,華邦計劃將與恩智浦半導體(NXP)、意法半導體(ST)與微芯科技(Microchip)等MCU業者合作,為其下一階段的新產品提供參考設計、開發板,這些產品也都將在electronica 2018聯手亮相。

此外,製程技術的靈活性也是華邦最大的優勢。賴韋仲強調,華邦電子較其他記憶體供應商的優勢在於擁有自家晶圓廠及自有製程技術,能針對汽車與工業市場提供完整的產品解決方案,甚至許多傳統產品仍在持續生產中。例如,他說華邦從2008年開始做46nm,這一技術至今仍在量產中,甚至計劃沿用至2025年,這是市場上其他大型業者做不到的。

華邦電子持續在記憶體產品組合以及超低功耗技術方面精進,不僅陸續開發出46奈米與38奈米製程DRAM產品,25奈米DRAM也預計將在今年底前量產。