市場經濟下每一個技術領域的競爭都是一場叢林法則的生動演繹。隨著物聯網和大數據等新興應用的爆發(fā)增長，存儲器領域的叢林法則年年都在上演“生動”的故事。不過，在存儲領域卻有一種技術過著一種與“主流”無爭的日子，在嵌入式系統關鍵數據存儲領域默默耕耘二十年，憑借高讀寫耐久性、高速寫入和超低功耗的獨特特質，近年來在Kbit和Mbit級小規(guī)模數據存儲領域開始風生水起，在各種應用領域頻頻“露臉”并大有斬獲，這就是鐵電存儲器FRAM。
FRAM的非易失性對于當時業(yè)界可以說是顛覆性的，存儲器的非易失性指在沒有上電的狀態(tài)下依然可以保存所存儲信息的特性，這意味著電路中無須加入后備電池，仍可在偶發(fā)斷電時保存重要數據，因此一經推出即備受關注。而當談及FRAM，往往無法避開這一家半導體廠商，它就是——富士通半導體。
圖1：FRAM存儲的三大關鍵優(yōu)勢。
從非主流到“網紅”，
37億出貨量讓FRAM無處不在
FRAM技術堪稱出身“寒門”——最初的FRAM器件幾乎集中在Kbit量級，有限的容量和并不低的價格導致早期僅僅局限在工業(yè)三相電表等少數應用領域的絕對“非主流”，1999年其銷量僅3M片。在不久前的一次活動中，富士通電子元器件(上海)有限公司產品管理部總監(jiān)馮逸新告訴筆者，富士通早在1995年已開始研發(fā)FRAM存儲器，至1999年成功量產推向市場，迄今已有20年的量產經驗，出貨量累計更是達到驚人的37億顆，涉及的領域幾乎覆蓋所有主要領域，堪稱存儲界的“網紅”！
經過市場的長期廣泛驗證以及技術的不斷突破，富士通FRAM產品已成功應用于智能卡及IC卡等卡片領域、電力儀表及產業(yè)設備等工業(yè)領域，醫(yī)療設備及醫(yī)療RFID標簽等醫(yī)療領域。近些年來，IoT以及汽車電氣化等趨勢不斷涌現，富士通進一步推出更低功耗、或者車規(guī)級的FRAM產品，適應物聯網設備、汽車電子等行業(yè)發(fā)展，為客戶提供高質量、高可靠性的解決方案。
圖2：富士通FRAM產品出貨量累計已超過37億顆
獨特性能成就技術“硬核”，FRAM是存儲界的實力派。馮逸新信心十足地指出，富士通FRAM具備三大主要優(yōu)勢：高讀寫入耐久性、高速寫入以及低功耗，這是絕大多數同類型存儲器無法比擬的。其中，FRAM寫入次數壽命高達10萬億次、而EEPROM僅有百萬次(10^6)。同時，富士通FRAM寫入數據可在150ns內完成、速度約為EEPROM的1/30,000，寫入一個字節(jié)數據的功耗僅為150nJ、約為EEPROM的1/400，在電池供電應用中具有無與倫比的優(yōu)勢。
圖3：與主要競爭技術對比，FRAM優(yōu)勢突出。
實現如此優(yōu)越的性能，這與富士通FRAM深厚的技術積累以及采用獨特的PZT晶體結構不無關系。馮逸新解釋稱：“富士通FRAM在晶體點陣中有鋯或鈦離子兩個穩(wěn)定點。當加置電場時就會產生極化，鋯/鈦離子在晶體中即向上或向下移動。即使在不加置電場的情況下，也能保持電極。此時，兩個穩(wěn)定的狀態(tài)就以“0”或“1”的形式存儲，這就是FRAM的工作方式。同時，積累20年的量產經驗，富士通FRAM的生產制造技術不斷完善，確保了穩(wěn)定、可靠、持續(xù)的供貨！”
圖4：富士通FRAM獨特的PZT晶體結構與工作原理
“通吃”新興領域，
FRAM多路“掘金”
如果說技術是產品的內在基礎，那么案例就是產品的外在背書。在過去的一年，富士通FRAM在各個領域的市場推廣中取得不俗的進展。據悉，在汽車電子領域的BMS應用，整車廠如吉利汽車日前已決定采用富士通5V 64Kbit SPI的FRAM產品用于其自主研發(fā)BMS系統中。同時，給東風、金龍、宇通、上汽通用五菱、華晨寶馬、一汽、御捷、江淮、奇瑞等整車廠提供BMS的Tier-1、Tier-2等諸多廠商，也正在采用或即將采用富士通FRAM產品。此外，業(yè)界知名的一家意大利FI輪胎制造廠商亦采用富士通FRAM產品用于胎壓監(jiān)測。憑借高耐久性、高速寫入、高可靠性的特性，與通過車規(guī)級認證的產品優(yōu)勢，富士通FRAM成為賦能關鍵型汽車應用的外掛存儲器首選。
圖5：富士通車規(guī)級FRAM在汽車電子場景廣泛應用
除了車規(guī)級FRAM產品賦能汽車電子應用外，富士通FRAM具備高燒寫耐久性以及低功耗等特性，適用于系統網關(Gateway)中記錄與存儲重要的數據。在物聯網系統中，往往需要每1秒或2秒即實時、連續(xù)地存儲終端數據，且系統同步將終端數據發(fā)往后臺服務器，加上系統多數采用長壽命電池供電的方式，故低功耗是整個系統不可或缺的要素。馮逸新表示：“廣州一家客戶目前采用富士通FRAM產品應用于智能抄表系統。這一抄表系統可用于大學等集體宿舍的水、電、煤氣用量記錄，提高抄表效率與準確性。富士通FRAM的寫入壽命達到10萬億次，按照1秒寫入1次數據，可滿足抄表系統長達10年的數據寫入需求，因此備受這一類客戶的青睞。”
圖6：富士通FRAM在網關Gateway中的應用框圖
特別指出的是，高可靠性FRAM更是適用于高端醫(yī)療領域的為數不多的電子產品之一。例如，當今醫(yī)院的手術器具、注射器具已經加入電子標簽，用于追蹤運輸、使用、處理、消毒等完整記錄。這些器具在消毒時需要伽瑪射線進行特定劑量、特定時間的照射，而能夠抵抗高劑量伽瑪射線照射消毒的電子標簽存儲器目前僅有FRAM。傳統閃存或EEPROM因為利用電荷注入的方式實現數據存儲，無法抵抗X射線、伽瑪射線等醫(yī)療領域常用射線的干擾，極易造成數據丟失。馮逸新繼續(xù)補充：“得益于高可靠性、可抵抗射線干擾、低功耗等優(yōu)勢，富士通FRAM已成功應用在CT掃描機、監(jiān)護儀、自動CPAP(連續(xù)正氣道壓力)設備、助聽器、醫(yī)療電子標簽等產品中，提高醫(yī)療行業(yè)的生產效率?？偨Y地說，在要求高可靠性、高速/高耐久性數據讀寫、低功耗、抗輻射等高端醫(yī)療設備中，FRAM有著近乎100%的應用。”
性能+性價比，
劍指40億小目標
“以往業(yè)內人士談及富士通FRAM，常常說一個貴字?！瘪T逸新打趣道。毫無疑問，存儲IC類產品隨著出貨量不斷增加，研發(fā)成本不斷均攤，每一比特的價格就會隨之下降。與此同時，物聯網、汽車電子化、關鍵型醫(yī)療應用等行業(yè)大趨勢也催生了FRAM源源不斷的市場機遇，加上富士通自身不斷升級制造工藝、提高晶圓良率、擴大晶圓尺寸等因素，富士通FRAM產品在未來幾年的價格優(yōu)勢將得到進一步的體現。
馮逸新稱，富士通所有FRAM產品的開發(fā)都是基于客戶的需求，并透過客戶的需求充分挖掘市場的潛力，既可以根據客戶需求定制研發(fā)生產，也可以將定制的產品復用，實現高效率，為市場提供更加易于使用、性價比更好的產品。據透露，2019年，富士通的FRAM產品有望沖擊40億出貨量的目標。“FRAM是十分好的產品，但產品的市場發(fā)展既需要技術積累、也需要時間驗證。我們正在將好的產品帶給更多的客戶與更廣泛的應用場景，這一點我們信心十足！”