過去十年，智能電表大范圍替代傳統電表的產業轉變，成為工業物聯網高速發展的一個縮影。中商產業研究院相關報告指出，預計2021年全球智能電表市場營收規模將達142.2億美元，與2016年的88.4億美元、2017年的97.2億美元相比，年均復合增長率約10%。而Navigant Research研究報告指出，中國在2018年第一季度持續引領全球智能電表市場，安裝量超過4.96億臺，占全球總量的68.4%，并正在向下一代智能電表發展。
圖1：中商產業研究院預測2021年全球智能電表市場營收規模
由此看來，中國智能電表行業已全面落地，這是否意味著電表市場將趨于平穩？非也。智能電表屬于強制檢定設備，到期需要更換，更換周期一般為5-10年。值得一提的是，國家電網發布智能電網規劃、并啟動大規模智能電表安裝的時間點正是2009年，這表示中國的智能電表市場正處于集中替換周期。對于智能電表行業的供應鏈而言，無疑是重磅的利好消息！日前，富士通電子元器件(上海)有限公司產品管理部總監馮逸新在一次公開研討會上表達了同樣的觀點：“智能表計行業是富士通長期關注的重點業務，在未來幾年具有很大的市場潛力。”對此，富士通推出了眾多創新型存儲產品，如FRAM鐵電存儲器在智能電表行業已經作為標準存儲器被廣泛采用，在中國、歐洲、北美等地區擁有很大的市場占有率，比如威勝集團、海興電力、林洋能源、Itron、西門子等業界主流的電表供應商都是富士通FRAM的客戶。
累計出貨超八千萬，富士通FRAM強勢進擊電表市場
工業物聯網的蓬勃發展，對數據鏈上如數據采集、數據記錄、數據處理等各個環節的應用提出了更高的要求。對于智能電表而言，數據記錄及存儲需要考慮準確記錄、非易失性、耐久度等多個方面的需求。因此，智能電表方案商需考慮挑選合適的存儲產品予以應對。馮逸新稱：“富士通FRAM在需要準確記錄和存儲智能電表重要數據的應用中、發揮著關鍵作用。例如電表使用的重要數據，需要在非常短的間隔(1-3次/秒)里保存在存儲器，并確保掉電情況下數據依然完整。”
圖2：智能電表選用FRAM可確保掉電情況下數據依然完整
以256Kb獨立FRAM存儲器為例，每寫入1Byte數據，所需時間僅為150ns。因此，富士通FRAM在智能電表應用中帶來了關鍵的優勢：掉電保護重要數據。國家電網公司也有規定，重要數據必須以1次/秒的頻率實時記錄到存儲器，按照智能電表10年運行周期來計算，存儲器需達到寫入次數為：1*60*60*24*365*10=3.2億次。當前，單片FRAM寫入次數壽命高達10萬億次，而EEPROM僅有百萬次。顯然，選用高速、高讀寫耐久性的富士通FRAM能夠滿足數據寫入性的要求，并在掉電或者其它異常情況發生時，能確保重要數據的完整記錄，從而確保電力產業的準確收費。馮逸新自豪地表示：“富士通FRAM在智能電表行業已深耕10年之久，內置有富士通FRAM的智能電表是當前電力公司所追求的理想解決方案！2018年，富士通FRAM面向全球電表客戶已累計交貨8,000萬片，為智能電表行業提供高性能、高可靠的存儲方案！”
圖3：面向全球電表客戶的富士通FRAM產品已累計交貨8,000萬片
不僅如此，在物聯網時代，企業與消費者對數據保密與安全的認知進一步提升。若遇到黑客違法盜取及分析電表的機密數據，將導致大范圍的信息泄露。對此，富士通FRAM賦予了智能電表應用的另一優勢，就是防止黑客盜竊或篡改數據。當黑客的篡改事件發生時，低功耗和高速的FRAM可以利用給RTC供電的小型電池電源，瞬間消去重要數據，從而確保電力用戶的信息安全。例如FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時間內擦除256bit的數據，相比EEPROM擁有顯著的優勢。
圖4：智能電表防止黑客盜竊或篡改信息的系統構成及FRAM高速擦除數據的優勢
基于FRAM實現低成本“通用”智能表計方案
經過智能電表市場的長期驗證，富士通FRAM產品在不斷優化性能與降低成本的同時，也逐步轉向更廣泛的智能表計市場，如水表、熱表、燃氣表等領域。“水、氣表這些行業與電表的市場規律有一定的差異，”馮逸新表示，“最明顯的一點就是水表、氣表必須選用電池供電，而非電表那樣可直接接入電源，因此低功耗成為了水、氣表方案最關鍵的需求。”
據介紹，富士通FRAM在近幾年也逐漸打入全球智能水、氣表的主流供應鏈，成為準確記錄和存儲智能水、氣表重要數據的標準元件。富士通FRAM在智能水、氣表中的應用，與智能電表類似，如非易失性與高寫入耐久性確保了準確、可靠的數據記錄。此外，由于水、氣表使用電池供電，FRAM擁有超低功耗的特性使之備受方案商的青睞。以64Byte數據寫入為例，FRAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440，可以輕松應對實時、頻繁存儲數據的工作模式，這不僅大大延長了電池壽命，更有助于電池與設備的小型化。
圖5：富士通FRAM在智能水、氣表計中的應用
在實際應用中，富士通建議采用超低容量FRAM (4Kbit)與EEPROM并用，幫助實現低成本的電、水、氣、熱智能表計方案。馮逸新表示：“智能電表，特別是單相電、水、氣、熱表對方案成本的要求非常苛刻，采用FRAM與EEPROM并用的方案設計可實現智能表計的高可靠性與安全性，并在整體方案架構上省去用于EEPROM掉電保護的大電容，從而有效地降低系統整體的BOM成本。”
圖6：基于FRAM打造低成本的智能表計方案
性能突破、造價更低，下一代存儲“神器”NRAM已在路上！
如上文提及，富士通FRAM已經能夠滿足智能表計應用的各類需求，但富士通已投入開發與試產下一代高性能存儲產品——NRAM。NRAM是富士通與Nantero公司協議授權后，共同打造的下一代顛覆性新型存儲器，因為它同時繼承了FRAM的高速寫入、高讀寫耐久性，又具備與NOR Flash相當的大容量與造價成本，并實現很低的功耗。以智能表計方案為例，使用一個NRAM就可以替代電、水、氣、熱表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存儲單元，不僅減少了存儲器的使用數量，也有利于系統工程師簡化設計上的難度。
圖7：基于富士通NRAM可簡化智能表計方案設計
作為NRAM的第一代產品，16M bit的DDR3 SPI接口產品最快將于2020年底上市，勢必引發存儲行業的新一輪變革。馮逸新自信地表示：“NRAM既繼承了FRAM的高性能，又具有替換NOR Flash大容量的特點，我們堅信這必將是一個劃時代的存儲器解決方案！敬請期待！”