極低功耗等優(yōu)勢助推富士通FRAM在智能水/氣表中嶄露頭角

而在深圳最近舉辦的2015智能水/氣計(jì)量及管網(wǎng)執(zhí)行力論壇（WATER&GAS METERING China2015）上，富士通半導(dǎo)體的展臺人頭攢動，業(yè)界對這一新型存儲技術(shù)的關(guān)注可見一斑，F(xiàn)RAM在電表領(lǐng)域的成功很快將延伸到一顆電池要用10-15年的水/氣表中，甚至有過之而無不及。

富士通半導(dǎo)體FRAM產(chǎn)品中國市場負(fù)責(zé)人、市場部高級經(jīng)理蔡振宇進(jìn)一步分析了個(gè)中因素：相比電表的智能化程度，水表/氣表的電子化和智能化還屬于剛剛起步，因此市場空間巨大，特別是為建設(shè)節(jié)水型社會，國家相關(guān)部門已明確提出用水要全面實(shí)施階梯收費(fèi)，水表改造的推進(jìn)實(shí)現(xiàn)將快速推動數(shù)據(jù)存儲等電子元件在水表/氣表中的應(yīng)用；另外，人口紅利消失和勞動力成本不斷上升正推動遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的部署，水表/氣表的智能化程度必須也正在不斷提到，這也會帶動存儲器的應(yīng)用，特別是讀寫壽命長、功耗極低有利于延長電池使用壽命的FRAM將有極大的用武之地。

富士通半導(dǎo)體作為此次論壇的重要贊助商，除了展出非常適合水表/氣表及工業(yè)應(yīng)用的FRAM產(chǎn)品方案和演示板、最新的功率及信號繼電器產(chǎn)品系列之外，還在論壇上做了題為“富士通鐵電在流量計(jì)中的應(yīng)用”的精彩演講，深入分析了FRAM相對EEPROM、Flash的優(yōu)勢和應(yīng)用案例。

顛覆對非易失性存儲器的認(rèn)知

作為非易失性存儲器，F(xiàn)RAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統(tǒng)易失性存儲器的級別的高速寫入速度，讀寫周期是傳統(tǒng)非易失性存儲器的1/30,000，但讀寫耐久性卻是后者的1,000萬倍，達(dá)到了10萬億次，可實(shí)現(xiàn)高頻繁的數(shù)據(jù)紀(jì)錄 (實(shí)時(shí)的記錄)。

“相當(dāng)于可以從唐朝寫到現(xiàn)在！”蔡振宇在演講中這樣形象地描述FRAM的讀寫耐久性，若按5ms一次讀寫頻率來計(jì)算，達(dá)到10萬億次花費(fèi)的時(shí)間是1,585年。EEPROM只有100萬次讀寫壽命，若按此讀寫頻率，1個(gè)半小時(shí)就會報(bào)廢，更別說只有10萬次讀寫壽命的Flash了。另外，F(xiàn)RAM的數(shù)據(jù)保持時(shí)間也極長，在85℃環(huán)境下，可以達(dá)到至少10年。

讀寫頻率(ms) 達(dá)到10萬億次需要的時(shí)間
(FRAM) 達(dá)到100萬次需要的時(shí)間
(EEPROM)
500 158,500 年 五天
5 1585 年 一個(gè)半小時(shí)
0.03 10 年 -

“有人可能會提到，EEPROM/Flash可以分區(qū)來操作讀寫以提高壽命，即耗損均衡技術(shù)（wear leveling），”蔡振宇還分析道，“但這樣會對軟件的冗余度提出更多要求，并占用CPU（MCU）更多工作時(shí)間，因而會提升系統(tǒng)功耗，尤其不適合水表/氣表這種電池供電計(jì)量應(yīng)用。而不需要wear leveling的FRAM可實(shí)現(xiàn)存儲器的小容量化，降低軟件的復(fù)雜化和漏洞(bug)混入的可能性，工程師犯錯(cuò)的幾率也降低了，提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。”另外他提到，無論是電池供電還電路供電，采用FRAM后，斷電時(shí)即使需要數(shù)據(jù)寫入操作時(shí)也不需要大電容。

而談到器件功耗本身，F(xiàn)RAM又展現(xiàn)“傲嬌”的一面，EEPROM/Flash讀寫周期較長，擦寫時(shí)特別耗電，而FRAM讀寫周期短，因而功耗水平只有EEPROM的大約1/300、Flash的1/100,000。

“若水表/氣表沒有辦法從MCU的角度去降低功耗，可以再考慮轉(zhuǎn)換存儲器類型來幫助降低整個(gè)系統(tǒng)功耗。”蔡振宇給參加論壇的業(yè)內(nèi)人士建議道。而且，如果使用EEPROM或Flash的話，若在長時(shí)間的數(shù)據(jù)寫入期間發(fā)生電源中斷，數(shù)據(jù)有丟失的危險(xiǎn)，而FRAM不會有此風(fēng)險(xiǎn)，因而斷電時(shí)，即使需要數(shù)據(jù)寫入操作時(shí)，也不需要大電容。

在本次論壇的展區(qū)現(xiàn)場，富士通半導(dǎo)體通過拍攝圖片的方式現(xiàn)場演示了FRAM的高速讀寫和可靠保存數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，并通過接通一盞LED的亮度不同體現(xiàn)功耗的巨大差異。

另外，蔡振宇在演講時(shí)還特別強(qiáng)調(diào)，富士通半導(dǎo)體的FRAM與EEPROM封裝相同，引腳也完全兼容，功能方面也具有兼容性，各種接口通用（I2C、SPI 和并口），協(xié)議兼容，替代使用上沒有任何障礙。

流量計(jì)中的中、外應(yīng)用實(shí)例

而FRAM的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，富士通FRAM過去幾年在中國的智能卡、電力儀表（三相表和集中器）、工業(yè)控制、辦公設(shè)備、汽車音響導(dǎo)航儀器、游戲機(jī)、RFID、醫(yī)療器械及醫(yī)療電子標(biāo)簽等等行業(yè)率先取得了可喜的成績，得到大批量應(yīng)用。如下圖所示，富士通半導(dǎo)體的FRAM進(jìn)入水、氣表市場領(lǐng)域已近兩年，那么進(jìn)展情況如何呢？據(jù)蔡振宇介紹，雖說整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境比較疲軟，但并沒有阻止水表氣表的智能化進(jìn)程，對FRAM需求增長平穩(wěn)，富士通FRAM在這領(lǐng)域的營收增長達(dá)到了30%。

他進(jìn)一步指出：“中國的水表氣表制造商/方案商集中在江浙滬、重慶等地，已有不少開始采用FRAM進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，而集中抄表模塊制造商、開發(fā)商在華南居多，他們對FRAM也產(chǎn)生了濃厚興趣，一些新項(xiàng)目研發(fā)已在開始采用FRAM。”

與電力儀表一樣，富士通FRAM正在成為水表/氣表及其集抄系統(tǒng)的最佳解決方案選擇。如下圖所示，在水表/氣表系統(tǒng)，從集中器到每家每戶的水表/氣表終端，都能夠看到FRAM的身影。在集中器中，F(xiàn)RAM用于儲存通信歷史數(shù)據(jù)，而在氣表應(yīng)用中，F(xiàn)RAM用于儲存煤氣流量歷史數(shù)據(jù)，在水表應(yīng)用中，F(xiàn)RAM用于儲存水流量歷史數(shù)據(jù)。

蔡振宇表示：“電池壽命問題是靠一個(gè)電池供電的水表/氣表的關(guān)鍵所在，里面的電池需要用到10-15年。而低功耗的富士通半導(dǎo)體FRAM本身功耗就相對很低，加上富士通FRAM的讀寫高速性能將大大縮短微處理器演算狀態(tài),延長其待機(jī)狀態(tài)，因而能進(jìn)一步延長電池壽命!”

如上圖所示，在相同的條件下（元件容量為16Kbit，功耗包括待機(jī)電流），采用EEPROM 耗電量高達(dá)500mAh，而采用FRAM的耗電量僅10mAh，后者僅為前者的1/50！

“FRAM在性能上的優(yōu)勢是明顯的，不過存儲產(chǎn)品的質(zhì)量也是客戶非?？粗氐牧硗庖粋€(gè)因素。”蔡振宇最后總結(jié)道，“富士通半導(dǎo)體使用成熟技術(shù)生產(chǎn)FRAM的時(shí)間已經(jīng)超過10年。我們從1999年開始量產(chǎn)，15年已經(jīng)累計(jì)銷售達(dá)到25.8億片F(xiàn)RAM產(chǎn)品。高可靠性、完備一體的供貨系統(tǒng)、宏大的經(jīng)營業(yè)務(wù)遠(yuǎn)景是我們對客戶的承諾。”