在前不久落下帷幕的深圳国际电子展现场,聚集了大量专业观众的富士通展台格外亮眼,而引发这场围观的“黑科技”之一就是已“上天入地”的铁电随机存储器(FRAM)。据富士通展台工程师介绍,从要抗宇宙辐射的卫星装置,到颇接地气的无电池舒适智能家居设备,已处处可见这种先进非易失性嵌入式存储技术的身影。除 FRAM 外,在本次展会上富士通还展示了继电器 Relay、设计可追溯管理工具 SQTRACER 等领先技术。

 



图 1:深圳电子展富士通展台。


最具潜力的 FRAM 应用领域是哪些?
FRAM 可以说天生傲骄,相较于传统 EEPROM 的无延迟高速写入、10 万亿次高读写耐久性、10 年以上数据保持时间、无电池低功耗等特性,以及优于 MRAM 的抗电磁辐射能力,使得采用了 FRAM 的产品也成了高要求、高品质、高科技的象征。FRAM 的上述特性可帮助拓展很多应有的想象空间,其中低功耗特性已被应用到助听器、POS 机、水表、气表等场景中,高读写耐久性、高速写入则为太阳能、电表、ATM 机等提供极佳的解决方案,而高速写入和数据保持的特性使其广泛进入行车记录、医疗器械、PLC 等对严苛应用环境中。

 



图 2:按 FRAM 的性能划分应用范围。

富士通还受邀参加了本届深圳电子展同期举办的第九届中国国际医疗电子技术大会。会上,富士通电子产品管理部高级经理章堃重点向来宾介绍了 FRAM 针对医疗行业的优势特性和应用案例,同时还列举了富士通 FRAM 在诸如智能家居、物联网、机器人、工业控制等其它领域中的新兴应用案例。



图 3:富士通产品管理部高级经理张堃


“基于我们多年的技术积累和自主制造能力,富士通的 FRAM 是非常具有竞争力的,小容量产品在智能卡、认证电子设备等领域表现出色,中容量产品已广泛进入到三表、工业控制、汽车导航等领域,大容量产品将持续在 SSD、医疗器械、电池管理、助听器等领域发力。所有这些都是我们看好的潜力市场。”章堃介绍道。



图 4:按容量划分 FRAM 应用范围。

 

 

如何充分发挥 FRAM 特色?
铁电存储器(FRAM)产品将 ROM 的非易失性数据存储特性和 RAM 的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势合而为一,这使 FRAM 在以下应用领域中具有了较大的优势:


1. 频繁数据记录环境
 

更高写入耐性的 FRAM 允许无任何限制的变更记录。任何时间系统状态和数据的改变,都将及时写入到存储器中,这样可以保证系统可以频繁存储最新状态和重要数据, 防止任何意外导致的数据丢失。
 

2. 高噪声环境


错误的概率跟窗口的大小成正比,在剧烈的噪音或功率波动情况下,EEPROM 的写入时间过长会出现漏洞(以毫秒衡量),在此期间写入可能被中断,而 FRAM 的写入执行窗口少于 200ns。
 


图 5:几乎零延时的富士通 FRAM 高速写入性能演示。

 

3. RFID 系统


低功耗访问在 RFID 系统中至关重要,因为能源消耗是与距离呈指数下降的。在非接触式存储器领域里,FRAM 提供一个理想的解决方案,通过对射频发射机和接收机改进写入距离,降低运动的灵敏性以及降低射频功率需求,使需要写入的应用获得优势。
 

4. 诊断和维护系统


在一个复杂的系统里,记录系统失效时的操作历史和系统状态是非常宝贵的。由于 FRAM 具备高耐久性的特点,可以生成一个理想的系统日志,因而从计算机工作站到工业过程控制等不同的系统,都能从 FRAM 中获益。

 

作为全球领先的 ICT 提供商,富士通不断推陈出新,为市场带来新产品新技术。“富士通在 FRAM 研发和制造上拥有丰富的经验,从 1995 年开始量产,16 年间已累计销售 25.8 亿片 FRAM,并已形成自己的产品特色。一方面富士通的 FRAM 集成度较高,性价比非常有优势,另一方面富士通有自己的工厂,从设计到生产全方位保证了产品的质量,还有非常重要的一点是:富士通以不断创新来满足客户的不同需求。”章堃深入分析了富士通的优势所在。

 

FRAM 成高要求医疗电子最佳解决方案


健康产业被比尔•盖茨喻为“未来能超越信息产业的重点产业”,而西方经济学家则把它看作是继 IT 产业后的“全球财富第五波“,这也反映了这一产业巨大的增长潜力。
在中国,医疗健康产业已经发展成为一个近 4 万亿的市场。这个市场在过去五年中保持了超过 20%的年复合增长率,预计在未来五年它的规模还将翻一倍,达到 8 万亿,接近届时中国 GDP 的 10%。


图 7:2010~2018 年医疗器械增长趋势图
 

士通正加速在健康产业的布局,主要包括 FRAM 单体存储器在医疗器械中的应用、FRAM RFID 在医疗医药中的应用、FRAM 认证芯片在医疗医药中的应用这三方面。
FRAM 是高要求医疗器械的最佳解决方案,尤其适用于需要非易失性、频繁记录重要参数和高可靠性的产品。例如在监护仪的应用中,FRAM 的高可靠性为储存设定参数提供保障,FRAM 的高速读写 / 高读写耐久性可以实现对被监护者信息的实时监测,FRAM 无需电池、大电容的特性使医疗器械更加节能环保,以上优点还被广泛应用于呼吸机、输液泵、扫描仪、有线内视镜等医疗器械中。



图 8:FRAM 在监护仪中的应用 .
 

铁电 FRAM 利用结晶的分极来保存数据,EEPROM 则是利用电荷来保存数据。由于保存数据的原理不同,FRAM 比 EEPROM 更加适合应用于医疗医药行业。比如伽马线和电子线灭菌易使 EEPROM 保存的数据丢失,而使用了 FRAM 标签的医疗设备、包装材料可以直接进行灭菌,标签内的数据并不会消失。富士通 FRAM RFID 在医疗医药中的应用可分为自动识别、医院管理、放射线耐性、医院管理四个部分。

医疗医药认证是极为严格的检测,对产品要求也较高,而 FRAM 很好地满足了这一需求。需要注意的是,使用了 FRAM 的验证芯片需要同时装备于电子器械的主体和外设,验证过程为:首先 MCU 向验证芯片发送随机数据,然后验证芯片进行演算,并将演算结果加密后对 MCU 发出响应,最后由 MCU 对主体和外设的响应值进行验证,响应值正确就判断为成功。在这一过程中加密密钥是保存在 FRAM 中的,这有效地保护了数据的安全。
 


图 9:FRAM 在通用验证芯片中的应用

 

FRAM RFID 技术助力物联网发展
近年,万物互联已成全球发展趋势。据 Gartner(高德纳咨询公司)和麦肯锡等调研机构预测,全球连接到互联网上的设备到 2020 年将超过 260 亿台,这意味着万物互联每年将为全球经济带来高达 3.9 万亿至 11.1 万亿美元的影响力。随着联网设备的增加,如何使其更加安全、便捷、节能逐渐成为人们关注的焦点。

 

关于富士通 FRAM 在物联网领域的应用,章堃分享道:“日本某知名厂商正研发新一代的智能马桶,利用富士通最新的 FRAM RFID 技术,实现了控制器的去电池化,借助外部极小的能量便可启动控制器实现对马桶的控制,省去了布线、换电池的麻烦。”


图 10:FRAM RFID 的广泛应用

 

据章堃透露,2017 年中富士通有望将量产新一代 FRAM 产品,集成度更高,会加入更多逻辑,集成一些传感器,针对非电池系统,可以替代部分 MCU 的功能。新一代产品可以实现信息的收集,其中一个非常典型的应用例子是电子纸,可用来存储超市出售商品的各种信息供消费者参考。

 

“FRAM 的未来值得期待,而富士通 FRAM 新产品同样值得期待!”他表示。