兆易创新三种解决方案，应对多种应用对Flash性能的需求

  （文/程文智）Flash是一种非易失性存储器，具有高可靠性的特点，即使在断电和掉电的情况下，Flash的存储内容也不会丢失，因此，大部分的电子产品都会将启动代码等高可靠性代码存储到Flash当中。以存储器件起家的兆易创新自从2009年推出了第一颗SPI NOR Flash产品后，经过了14年的不断研发和持续市场拓展，市占率在不断提升。

  据兆易创新Flash事业部产品市场经理张静在第11届EEVIA年度中国硬科技媒体论坛暨产业链研创趋势展望研讨会上透露，到目前为止，其Flash出货量已经超过200多亿颗。产品种类从十年期仅有NOR Flash，且电压类型只有两种，容量范围最大只能支持128Mb，温度等级只能支持到85℃，封装类型也少。到如今存储产品线有27大产品系列、16中产品容量、4个电压范围、7款温度规格（支持工规和车规）、29种封装方式，最大容量拓展到了8Gb。

图：兆易创新Flash 事业部产品市场经理张静

  新兴应用对Flash提出了新需求

  近年来，出现了不少新兴应用推动了了NOR Flash的新机遇，比如物联网、手机OLED屏幕、5G基站，以及汽车电子灯新兴领域的推动下，对Flash的需求也变得更加多样，比如不同应用对Flash容量、性能、功耗，以及封装都有不同的需求。

  图：不同应用对Flash容量的需求

在Flash容量方面，Flash作为高可靠性的系统代码存储介质，一般都会用来存储启动代码、固件、操作系统，或者其他关键数据。针对不同应用系统的复杂程度，不同的嵌入式对Flash容量的需求也不尽相同。尤其是随着当前用户的需求多种多样，系统功能也越来越多，代码的复杂程度不同，对Flash的容量需求也是不同的。比如消费电子要求Flash的容量在512Kb~4Gb；物联网应用需要的容量在1Mb~256Mb；网络通信需要4Mb~8Gb之间等等。

在性能方面，不同的应用对性能的需求也不一样。比如NOR Flash可以支持片上执行，可以从Flash中直接运行代码。但是对大部分应用来说，会将Flash中存储的代码搬运到RAM中去执行，这对Flash的要求并不高。

  但随着物联网、可穿戴、汽车电子等新型应用的发展，对Flash的性能要求越来越高，此类应用一般都希望可以从Flash中直接运行代码，这样可以节省RAM的大小，从而节省成本。而汽车电子则需要Flash具有更高的传输速率，以达到及时响应，从而提高用户体验。“对此，我们提出了高性能的解决方案，T系列与LT系列的最高传输速率可以达到200MB/s，这是目前业界能够做到的最高性能四口产品。”张静表示。

  她同时还指出，兆易创新还推出了8口SPI Flash产品，在4口产品上IO数量扩大了一倍，最高性能可以支持400MB/s。

在Flash电压方面，节能的绿色设计理念已经成为半导体行业的一个主要推动力，未来的发展方向将会是低电压和低功耗。因此，兆易创新也推出了不同低电压与低功耗的解决方案，来满足不同应用的需求。

  其产品电压范围有3V、1.8V、1.65V~3.6V，以及1.14V~1.26V。比如工业控制、计算机、电表、网通类应用，需要Flash支持3V电压。随着越来越多的电子设备趋向于便携、可移动方向发展，为了延长续航时间，对低功耗的需求越来越大。因此，可穿戴、手机屏、计算机、笔记本电脑这类应用，需要Flash支持低电压1.8V。而遥控器、电子烟、追踪器之类的电池供电类应用，需要Flash支持更宽的电压范围，因此1.65V~3.6V的宽电压成为了必要。另外，还有一些对电压和功耗要求更加严苛的应用，需要Flash支持1.2V低电压。

在封装方面，随着产品集成度越来越高，在一些尺寸受限，日趋小型化的应用要求下，进一步缩小Flash封装体积，扩大同封装Flash产品容量范围势在必行。另外还推出了WLCSP封装，可以做到和裸Die封装尺寸大小一致，可以做到产品中最小的封装形式，但它容易受损，系统的门槛会更高一些，一般可穿戴等消费类应用上使用更多。

  据张静透露，兆易创新针对缩小封装，推出了业界首颗1.2×1.2mm的USON6封装形式，不仅耐用，还易于焊接与安装。

  先进工艺SoC对Flash的需求

  近几年来，半导体制造工艺技术发展迅速，3nm的芯片已经量产。随着工艺节点的降低，其特征尺寸也会降低，速度会越来越快，节点的降低也会带来电压和功耗的降低。尤其是到7nm以下，电压会降低到1.2V。

  因此，高性能的SoC产品对Flash也提出了同样的要求，希望Flash可以做到更高性能、更低电压和更低功耗。

  为此，兆易创新提出了三种解决方案，第一种是1.8V解决方案。如果核心供电为1.2V的SoC与1.8V的SPI NOR Flash要通信的话，SoC需要增加升压电路，将内部的1.2V电压升到1.8V，以匹配外部SPI NOR Flash的电压水平。此方案会增加电路设计的复杂度，功耗也会更高。

  第二种是更低电压的解决方案，即NOR Flash的核心供电与IO供电电压都是1.2V。此方案的供电电压SoC的核心供电电压都是1.2V，两者电压一致，这样就可以精简1.2V SoC的电路设计，不需要增加升压电路，可以直接通信。此外，由于两者电压相同，电源系统也相对简单，功耗更低。

  此外，兆易创新还提出了第三种解决方案，即1.2V VIO解决方案。此方案的核心电压还是保持1.8V，但IO接口的电压降低到1.2V，这样与核心电压为1.2V的SoC在通信的时候，同样无需增加升压电路，直接可以通信，精简1.2V SoC的电路设计。同时，由于保持了1.8V的供电，可以做到与1.8V同等的高性能的水平。而且IO口的电压降低，消耗的功耗也会降低。

  对比以上三种解决方案，从性能来看，1.2V VIO和1.8V的方案都可以保持高性能的水平，但从功耗方面来看，1.2V的解决方案功耗可以做到最低，其次是1.2V VIO解决方案。因此，对于先进工艺的1.2V SoC，如果对于高性能没有特别高的要求，可以选择1.2V的方案产品。但对于一些汽车电子、手机、智能识别应用，对高性能和低功耗都有要求的应用，可以选用1.2V VIO方案产品。

  结语

  随着应用类型越来越丰富，对Flash的需求也更加多样化，容量、性能、电压和封装需求各不相同。未来或许会出现更大容量、性能更高、电压更低、封装更小的大容量Flash产品。