智能穿戴装置的内嵌式存储器解决方案

旺宏电子(Macronix)产品行销处副处长黄盛绒(Donald Huang)博士。

穿戴式装置的硬件系统，大多采用低功耗的系统元件来设计，因此不仅是核心元件、储存元件、连接元件等等，都必须要在功耗设计上做最佳化，以达成系统功能设计目标。

而在存储器方面，尤其是非挥发性的存储器，其用途主要是记录韧体程序码与各种传感数据之用，如何选择适当的快闪存储器(Flash Memory)与低耗能的处理器或微控制器作搭配，则是系统业者必须重视的课题，接下来听听存储器专家的看法…

存储器发展多年  不可或缺的元件

旺宏电子(Macronix)产品行销处副处长黄盛绒 (Donald Huang)博士，就「Embedded Flash Memory Solutions for Smart Wearables(智能穿戴装置的内嵌式存储器解决方案)」的议题做演说，他首先介绍旺宏电子为NVM (Non-Volatile Memory；非挥发性存储器)大厂，于1989年成立于新竹科学园区。

拥有自家的技术，公司员工近两成为研发相关人员，至今累积了逾5,400项专利，并拥有3座晶圆厂，包含6寸厂(代工为主)、8寸厂(3C、车用与工控客户为主)、12寸厂(更高容量？效能产品为主)，2013年营收达到7.4亿美元。

黄盛绒表示，在穿戴式装置市场起飞之际，旺宏以存储器元件厂商的角度，来看待智能穿戴的产品，在现在和未来，需要什麽样的存储器解决方案。以目前旺宏的产品线来说，主要为非挥发性存储器，包括ROM、NOR Flash、NAND Flash。其中，NOR Flash在3C产业应用已经非常普及，如今在第4C(Car，车用电子)的应用也越来越多，并陆续出货中。而NAND Flash则是以SLC(Single Level Cell；单层式储存)为主，适合需要高品质、高信赖与较高容量储存的应用领域。

从存储器出发  瞄准穿戴式市场

黄盛绒综合各家的研究报告，说明在电脑发展史中，每次电脑时代的大变革，出货量就呈现10倍速成长。若以1960年的Mainframe(大型主机)时代，出货量为1的话，大约1980年开始的Minicomputer(迷你电脑)，出货就达10倍。

随着科技的进步，到1990年的PC(个人电脑)时代，出货量就达到100。而2000年开始的网际网络时代，手机＋电脑的出货量已经达1,000倍。如今2010？2020年，消费性电子的整体市场(包含手机、平板、车用电子、游戏机、家庭娱乐装置、无线家电、电子书、穿戴式装置等等)，整体的出货量将达到10,000倍。由此可看出存储器的成长历史与机会，且未来3？5年将可瞄准智能穿戴市场。

在消费性电子发展史中，从早期「类比」时代(例如传统收音机？卡带)，演进到「数码」时代(数码电视？光盘)，到今日的「网络」时代(连结？下载)，各种电子装置可说是百花齐放。如今许多消费性电子产品都具备联网功能，尤其穿戴式装置更是以连结功能为优先，像是智能手表、手环可以透过蓝牙、Zigbee或NFC等方式，与智能手机做连结。数据量大的透过Wi-Fi来连结，最后再将数据传输到PC或云端服务器来做数据统计与分析。

因应低功耗应用的穿戴式装置，内建低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy；BLE)将逐渐普及，市场预估穿戴式装置加上BLE的整体出货量在2018年可望超过4亿。

适合穿戴式装置的下时代快闪存储器

以穿戴式装置的内部构造来看，适合穿戴式装置的下时代快闪存储器，可以由电池、MCU、Flash等三个部件来看。例如电池的种类、MCU与Flash的界面(Interface)、以及Flash的特性。不同的穿戴式产品所使用的Flash存储器种类也有所不同。以现有的智能手环、手表、眼镜产品为例，其Flash存储器元件分别有3V NOR、MCP/NAND、NAND。由此可知现有的Flash Solution可满足现在的穿戴式装置。

然而因应新一代穿戴式装置的需求，下时代存储器也将会朝这些方向发展：1. 界面采标准化，容易导入为优先；2. 外型规格越小越轻薄；3. 供电设计则以低电压与低耗能为主；4. 成本则是越低越好。

在界面部份，NOR Flash在2000年起采用「并列」 (含Parallel Page Mode以及Parallel AD-Mux两类)为主，由于针脚数过多(48、56pin)，占用PCB空间也大，因此自2010年开始，「串行」的SPI-NOR开始流行，使用更少的针脚数(8 或16 pin)，接线更单纯且占用PCB空间也小，可以帮助降低整体成本，因此串行已经慢慢取代并列的设计，成为当今NOR Flash的主流。

尺寸规格上，有4x3mm、2x3mm，高度仅0.6mm的产品封装，也有WLCSP (晶圆级裸晶尺寸封装)的更小产品，现今已有芯片长宽仅1.46x1.4mm WLCSP，而高度方面已可以做到0.4mm以下。

电压设计上，目前以3V、1.8V为市场最大宗，而穿戴式应用有可能应用到跨3V与1.8V 的电压范围。在电流设计部份，把运作电流降低到50%以下，待机电流部份，则是进入深睡模式时，耗电量从低于50%降到10%或更低，使电池寿命能够提升到1.5倍。

旺宏的NOR Flash产品解决方案，包含3V 512Kb？1Gb、2.5V 512Kb？8Mb、1.8V 512Kb？512Mb SPI-NOR以及 MCP产品，等各种电压与容量搭配的产品组合，能符合且已经广泛应用于穿戴式产品。

因应穿戴式装置的下时代快闪存储器，旺宏开发MX25R串行NOR Flash家族，采用标准Serial NOR快闪存储器界面(8-pin针脚，具备针脚兼容能力)、提供超小体积如USON、WLCSP的封装产品，亦可提供良裸晶KGD与主芯片搭配，Vcc宽电压设计(1.7V？3.6V) ，比传统减少60%以上的超低功耗，可以依照穿戴式产品不同需求来做选择。

旺宏的NVM制程技术蓝图部份，目前NOR Flash、SLC NAND Flash、3D NAND Flash、XtraROM大多采32？75nm制程，2015年后将提升至2x？42nm，将再进一步缩小芯片面积。

最后，旺宏在新时代存储器技术的研发上也不遗余力，像是：1. VG(vertical gate；垂直闸极) 的3D NAND，采自家专利的BE-SONOS技术，突破制程极限，目前已展现出512Mb MLC(Multi-Level Cell)的测试产品；2. ReRAM (磁变电阻式存储器)技术，具高速、低耗电、简单储存单元架构、未来更可应用于穿戴式应用产品；3. PCM(相变存储器)：提供最小储存单位，具有低延迟、高耐用、可MLC设计等特性。可提供穿戴式应用多样选择。