随着汽车变得越来越智慧而需要使用更多存储器,许多技术都瞄准了掌控车辆的“驾驶座”等核心应用;然而,可以肯定的是,NOR 快闪存储器(NOR flash)至少将从“副驾驶座”等子系统延伸至更多的车用体验。


NOR flash 由于具备可编程能力,而在许多应用中作为 EEPROM 的替代技术,并逐渐在一些需要快速、非挥发性存储器(NVM)的应用领域中找到新机会,包括通讯、工业和汽车领域。特别是在自动驾驶车的快速发展下,NOR flash 在车用领域的商机更受关注。


旺宏电子(Macronix International)自诩为 NOR flash 市场的主导供应商之一,最近宣称已在这一车用市场排名第三。旺宏电子市场行销处资深处长 Anthony Le 更明白表示,该公司有信心在未来两到三年内进一步主导车用 NOR flash 市场。


Le 说自己的职业生涯正与 NOR flash 的发展不谋而合,从 1990 年代中期的第一项技术专案开始,NOR flash 当时即已进展到能够承受车辆所需的高温了。而今,Le 说,NOR flash 的耐热能力以及长达 20 年的资料保留时间,更有助于旺宏定位于广泛利用所有车用机会的有利地位。


Le 说,NOR flash 最初从车用广播(radio)开始——这是车用领域中不需要太多存储器的应用。但在过去十年来,中央控制台中的车载资通讯(telematics)以及所有的特性和功能均提高了对于存储器的需求。如今,没有数位显示器的车子应该没人要买了。他说,当今的汽车仪表板装载各种高解析的图形显示,因而需要 12-Mbit NOR flash,甚至高达 1-Gbit,而不再只是以往车用广播时代只需要 1-Mbit 了。


Le 说:“在高性能的车用系统中,例如引擎盖下方,除了 NOR flash,应该无法使用其他的非挥发性存储器。”

 

 

尽管 NOR flash 从车用广播开始进入车用领域,但由于其快速启动、可靠性和持久性等优点,预计未来将在整部车中找到更多新应用机会。


Le 表示,性能是最终推动 NOR flash 成为主宰更多车内应用的关键。他说:“我们即将达到乎可以即时启动(instant on)的能力了,因为我们能够真正以每秒约 500MB 的速度启动处理器。”他补充说,当你一上车转动车钥匙,总会希望显示器和后视摄影机同样在一秒内启动。


市场研究公司 Objective Analysis 首席分析师 Jim Handy 表示,“即时启动”(instant-on)是汽车仪表板为什么使用 NOR flash 的原因,因为它能立即启动基本功能——NOR flash 更适于执行程式码,而 NAND flash 则需要特殊软体才能控制程式码。“而软体基本上是将程式码从 NAND 移植到 DRAM,然后所有内容都从 DRAM 执行。事实上,你可以直接在 NOR flash 执行程式码,但这不能直接从 NAND 执行。”


Handy 表示,NOR 已经用于当今汽车的许多部份了,而且还将找到更多应用,因为它十分有利于车用子系统。如果程式码非常少,那么将可使用内建 NOR 的微控制器(MCU);而在较复杂的系统中由于程式码量较大,那么它将采用外部 NOR flash 晶片。Handy 说:“看看今天的自动驾驶车都至少备了一个光达(LiDAR),每个光达中都将内建一个 NOR flash 以控制其内部的各种功能。”


业界曾经一度认为 NAND flash 将致使 NOR flash 退出市场,但由于几个原因而让 NOR 一直持续存在。原因之一在于 NAND 虽然在需要储存大量资料的应用中表现较佳,但 Handy 表示,NAND flash 晶片有最低成本的要求,所以当涉及较少量的程式码时,您无法只买 1 个 50 美分的 NAND flash 晶片。他说:“你可以买到一个 50 美分的 NOR flash 晶片。因为 NOR 制造商制造一个小晶片比起 NAND 制造商制造一个小晶片更有经济效益。”


同时,即使是车用级的 NAND 也无法因应 NOR 所能承受的热,而且也不具备关键汽车应用的可靠性。Le 说,长期供货能力(longevity)也是 NOR flash 的一项重要特性,因为汽车制造商喜欢能够持续十年供应替换零件的产品。“我们现在甚至听到支援 15 年供货能力的种种压力。”


赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)也在车用 NOR flash 方面占据有利位置,也一直积极地致力于解决诸如先进驾驶辅助系统(ADAS)等应用的即时需求。该公司最近推出了一款名为 Semper 的新型 NOR flash 系列。


Cypress 存储器产品部门执行副总裁 Sam Geha 表示,这是首款专为符合汽车产业 ISO 26262 功能安全标准建构和设计的存储器,可用于打造故障无碍(fail-safe)的安全嵌入式汽车系统。就像旺宏的 NOR flash 产品一样,Semper 据称可在汽车应用中常见的极端温度下支援超强的耐用性和资料保存能力。


Geha 表示,汽车安全标准是打造新型 NOR flash 架构的关键驱动力。“如果你是汽车供应商,会想要购买符合安全标准的产品,还是跟其他人买低阶产品?”他还认为 Cypress 能够以其于 MCU 和 SoC 方面的专业技术实现差异化。


当然,即时启动的能力至关重要,因为现在每辆车都至少配备了一个用于 ADAS 的后视摄影机——需要仪表板能快速启动,这也一直是 Cypress Hyperbus 技术的重要市场之一。Geha 说:“现在我们正开始走向自动驾驶,届时未来车内不一定会有驾驶人,因而必须确保这款晶片不至于搞砸了汽车体验。”


但这不仅用于需要 NOR flash 的仪表板和摄影机。Cypress 也在动力传动系统、引擎控制系统和底盘控制看到了巨大的市场机会,而且,由于车子温度极高,可靠性至关重要,这也使得 NOR flash 成为首选技术。Geha 表示,Semper 的不同之处就在于其架构,这是 Cypress 计划更进一步导入车用 NOR flash 的起点——就像堆叠乐高(Lego)积木一样,我们希望轻松地添加这些 IP 模组就能实现更多功能。Geha 说:“我们将在这个平台上添加更多重要的功能。”


Cypress 从头开始打造 Semper Flash 架构,以满足汽车产业的需求,使其能随着时间的进展而发挥功能。


NOR 也不是完美无缺点的,但 Le 表示,目前最重要的问题之一与技术无关。由于这一市场规模大约在 18 到 20 亿美元之间,许多业者已经退出了。尽管更多机会将在不久的将来出现,但 NOR flash 的道路并不会永远持续下去。Le 坦承,由于 NOR flash 难以进一步增强技术,因而在演进道路上将会遭遇瓶颈。“我们正在努力解决这个问题,但这真的不太容易。”他说主要的障碍在于浮动闸极技术的局限性。事实上,这个障碍与平面 NAND 面临的障碍并没有什么不同——一旦开始微缩,读取的可靠性降低,你就必须增加损耗平均和坏块处理等功能,不是吗?Le 说:“我们正逐渐接近 NOR 极限,但我们仍然能够用一些技巧来延伸这项技术。”


NOR flash 也以多路方向前进发展。Le 说,就像 NAND 一样,3D NOR 也极具发展潜力,相关研究也在进行中。旺宏开始投入于多晶片封装,期望在单晶片和晶片堆叠中达到相同的密度。他预计,NOR flash 将在 2025 年占据主导地位,部份原因在于汽车领域需要的长期供货来源以及合格检验。“除此之外,我们也在考虑使用其他技术加以延续。”


Handy 表示,尽管已经有人在研究 3D NOR 架构了,但目前还不确定最终结果如何。“值得注意的一点是,即使是旺宏提到的 2025 年到达终点,但那是指新一代的零件。”他说:“NOR flash 能带来长期供货能力,因而在元件推出的 20 年后仍可大量出货。”至于 NAND,只要每次有新世代元件推出,几乎就会挤掉传统一代的元件。Handy 说:“传统的 NAND 元件可能使用寿命约 5 年,但传统的 NOR flash 元件可能已经是 30 年的元件了。”