富士通FRAM“上天入地”，拓展更多低功耗、高可靠性應用空間

　　在前不久落下帷幕的深圳國際電子展現場(chǎng)，聚集了大量專(zhuān)業(yè)觀(guān)眾的富士通展臺格外亮眼，而引發(fā)這場(chǎng)圍觀(guān)的“黑科技”之一就是已“上天入地”的鐵電隨機存儲器(FRAM)。據富士通展臺工程師介紹，從要抗宇宙輻射的衛星裝置，到頗接地氣的無(wú)電池舒適智能家居設備，已處處可見(jiàn)這種先進(jìn)非易失性嵌入式存儲技術(shù)的身影。除FRAM外，在本次展會(huì )上富士通還展示了繼電器Relay、設計可追溯管理工具SQTRACER等領(lǐng)先技術(shù)。

　　圖1：深圳電子展富士通展臺。

　　最具潛力的FRAM應用領(lǐng)域是哪些?

　　FRAM可以說(shuō)天生傲驕，相較于傳統EEPROM的無(wú)延遲高速寫(xiě)入、10萬(wàn)億次高讀寫(xiě)耐久性、10年以上數據保持時(shí)間、無(wú)電池低功耗等特性，以及優(yōu)于MRAM的抗電磁輻射能力，使得采用了FRAM的產(chǎn)品也成了高要求、高品質(zhì)、高科技的象征。FRAM的上述特性可幫助拓展很多應有的想象空間，其中低功耗特性已被應用到助聽(tīng)器、POS機、水表、氣表等場(chǎng)景中，高讀寫(xiě)耐久性、高速寫(xiě)入則為太陽(yáng)能、電表、ATM機等提供極佳的解決方案，而高速寫(xiě)入和數據保持的特性使其廣泛進(jìn)入行車(chē)記錄、醫療器械、PLC等對嚴苛應用環(huán)境中。

　　圖2：按FRAM的性能劃分應用范圍。

　　富士通還受邀參加了本屆深圳電子展同期舉辦的第九屆中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )。會(huì )上，富士通電子產(chǎn)品管理部高級經(jīng)理章堃重點(diǎn)向來(lái)賓介紹了FRAM針對醫療行業(yè)的優(yōu)勢特性和應用案例，同時(shí)還列舉了富士通FRAM在諸如智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、工業(yè)控制等其它領(lǐng)域中的新興應用案例。

　　圖3：富士通產(chǎn)品管理部高級經(jīng)理張堃

　　“基于我們多年的技術(shù)積累和自主制造能力，富士通的FRAM是非常具有競爭力的，小容量產(chǎn)品在智能卡、認證電子設備等領(lǐng)域表現出色，中容量產(chǎn)品已廣泛進(jìn)入到三表、工業(yè)控制、汽車(chē)導航等領(lǐng)域，大容量產(chǎn)品將持續在SSD、醫療器械、電池管理、助聽(tīng)器等領(lǐng)域發(fā)力。所有這些都是我們看好的潛力市場(chǎng)。”章堃介紹道。

　　圖4：按容量劃分FRAM應用范圍。

　　如何充分發(fā)揮FRAM特色?

　　鐵電存儲器(FRAM)產(chǎn)品將ROM的非易失性數據存儲特性和RAM的無(wú)限次讀寫(xiě)、高速讀寫(xiě)以及低功耗等優(yōu)勢合而為一，這使FRAM在以下應用領(lǐng)域中具有了較大的優(yōu)勢：

　　1. 頻繁數據記錄環(huán)境

　　更高寫(xiě)入耐性的FRAM允許無(wú)任何限制的變更記錄。任何時(shí)間系統狀態(tài)和數據的改變，都將及時(shí)寫(xiě)入到存儲器中，這樣可以保證系統可以頻繁存儲最新?tīng)顟B(tài)和重要數據， 防止任何意外導致的數據丟失。。

　　2. 高噪聲環(huán)境

　　錯誤的概率跟窗口的大小成正比，在劇烈的噪音或功率波動(dòng)情況下，EEPROM的寫(xiě)入時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )出現漏洞(以毫秒衡量)，在此期間寫(xiě)入可能被中斷，而FRAM的寫(xiě)入執行窗口少于200ns。

　　圖5：幾乎零延時(shí)的富士通FRAM高速寫(xiě)入性能演示。

　　3. RFID系統

　　低功耗訪(fǎng)問(wèn)在RFID系統中至關(guān)重要，因為能源消耗是與距離呈指數下降的。在非接觸式存儲器領(lǐng)域里，FRAM提供一個(gè)理想的解決方案，通過(guò)對射頻發(fā)射機和接收機改進(jìn)寫(xiě)入距離，降低運動(dòng)的靈敏性以及降低射頻功率需求，使需要寫(xiě)入的應用獲得優(yōu)勢。

　　4. 診斷和維護系統

　　在一個(gè)復雜的系統里，記錄系統失效時(shí)的操作歷史和系統狀態(tài)是非常寶貴的。由于FRAM具備高耐久性的特點(diǎn)，可以生成一個(gè)理想的系統日志，因而從計算機工作站到工業(yè)過(guò)程控制等不同的系統，都能從FRAM中獲益。

　　作為全球領(lǐng)先的ICT提供商，富士通不斷推陳出新，為市場(chǎng)帶來(lái)新產(chǎn)品新技術(shù)。“富士通在FRAM研發(fā)和制造上擁有豐富的經(jīng)驗，從1995年開(kāi)始量產(chǎn)，16年間已累計銷(xiāo)售25.8億片FRAM，并已形成自己的產(chǎn)品特色。一方面富士通的FRAM集成度較高，性?xún)r(jià)比非常有優(yōu)勢，另一方面富士通有自己的工廠(chǎng)，從設計到生產(chǎn)全方位保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，還有非常重要的一點(diǎn)是：富士通以不斷創(chuàng )新來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。”章堃深入分析了富士通的優(yōu)勢所在。

　　FRAM成高要求醫療電子最佳解決方案

　　健康產(chǎn)業(yè)被比爾•蓋茨喻為“未來(lái)能超越信息產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)”，而西方經(jīng)濟學(xué)家則把它看作是繼IT產(chǎn)業(yè)后的“全球財富第五波“，這也反映了這一產(chǎn)業(yè)巨大的增長(cháng)潛力。

　　在中國，醫療健康產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)近4萬(wàn)億的市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)在過(guò)去五年中保持了超過(guò)20%的年復合增長(cháng)率，預計在未來(lái)五年它的規模還將翻一倍，達到8萬(wàn)億，接近屆時(shí)中國GDP的10%。

　　圖6：2010~2018年醫療器械增長(cháng)趨勢圖

　　富士通正加速在健康產(chǎn)業(yè)的布局，主要包括FRAM單體存儲器在醫療器械中的應用、FRAM RFID在醫療醫藥中的應用、FRAM認證芯片在醫療醫藥中的應用這三方面。

　　FRAM是高要求醫療器械的最佳解決方案，尤其適用于需要非易失性、頻繁記錄重要參數和高可靠性的產(chǎn)品。例如在監護儀的應用中，FRAM的高可靠性為儲存設定參數提供保障，FRAM的高速讀寫(xiě)/高讀寫(xiě)耐久性可以實(shí)現對被監護者信息的實(shí)時(shí)監測，FRAM無(wú)需電池、大電容的特性使醫療器械更加節能環(huán)保，以上優(yōu)點(diǎn)還被廣泛應用于呼吸機、輸液泵、掃描儀、有線(xiàn)內視鏡等醫療器械中。

　　圖7：FRAM在監護儀中的應用.

　　鐵電FRAM利用結晶的分極來(lái)保存數據，EEPROM則是利用電荷來(lái)保存數據。由于保存數據的原理不同，FRAM 比EEPROM更加適合應用于醫療醫藥行業(yè)。比如伽馬線(xiàn)和電子線(xiàn)滅菌易使EEPROM保存的數據丟失，而使用了FRAM標簽的醫療設備、包裝材料可以直接進(jìn)行滅菌，標簽內的數據并不會(huì )消失。富士通FRAM RFID在醫療醫藥中的應用可分為自動(dòng)識別、醫院管理、放射線(xiàn)耐性、醫院管理四個(gè)部分。

　　醫療醫藥認證是極為嚴格的檢測，對產(chǎn)品要求也較高，而FRAM很好地滿(mǎn)足了這一需求。需要注意的是，使用了FRAM的驗證芯片需要同時(shí)裝備于電子器械的主體和外設，驗證過(guò)程為：首先MCU向驗證芯片發(fā)送隨機數據，然后驗證芯片進(jìn)行演算，并將演算結果加密后對MCU發(fā)出響應，最后由MCU對主體和外設的響應值進(jìn)行驗證，響應值正確就判斷為成功。在這一過(guò)程中加密密鑰是保存在FRAM中的，這有效地保護了數據的安全。

　　圖8：FRAM在通用驗證芯片中的應用

　　FRAM RFID技術(shù)助力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

　　近年，萬(wàn)物互聯(lián)已成全球發(fā)展趨勢。據Gartner(高德納咨詢(xún)公司)和麥肯錫等調研機構預測，全球連接到互聯(lián)網(wǎng)上的設備到2020年將超過(guò)260億臺，這意味著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)每年將為全球經(jīng)濟帶來(lái)高達3.9萬(wàn)億至11.1萬(wàn)億美元的影響力。隨著(zhù)聯(lián)網(wǎng)設備的增加，如何使其更加安全、便捷、節能逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　關(guān)于富士通FRAM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用，章堃分享道：“日本某知名廠(chǎng)商正研發(fā)新一代的智能馬桶，利用富士通最新的FRAM RFID技術(shù)，實(shí)現了控制器的去電池化，借助外部極小的能量便可啟動(dòng)控制器實(shí)現對馬桶的控制，省去了布線(xiàn)、換電池的麻煩。”

　　圖9：FRAM RFID的廣泛應用

　　據章堃透露，2017年中富士通有望將量產(chǎn)新一代FRAM產(chǎn)品，集成度更高，會(huì )加入更多邏輯，集成一些傳感器，針對非電池系統，可以替代部分MCU的功能。新一代產(chǎn)品可以實(shí)現信息的收集，其中一個(gè)非常典型的應用例子是電子紙，可用來(lái)存儲超市出售商品的各種信息供消費者參考。

　　“FRAM的未來(lái)值得期待，而富士通FRAM新產(chǎn)品同樣值得期待!”他表示。