PCM存储器优化智能电表成本和性能

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　新一代智能电表对成本和性能提出了更高的要求。而PCM(相变存储器)作为新一代存储器，对智能电表存储架构进行统一整合，优化了电表成本和性能。2010年5月7日，美光(Micron)宣布并购恒忆。合并后，两大存储器芯片厂商将为客户提供业内最完整、最具创新性的产品组合，其中包括PCM产品。
　　PCM综合性能高
　　PCM是利用特殊材料在加热和冷却过程中，通过晶态和非晶态之间相互转化所表现出来的导电性差异来存储数据。
　　据美光亚洲区嵌入式业务总经理徐宏来先生介绍，PCM的概念其实早在上世纪60年代就被提出。随着DRAM、NAND、NOR等主流存储器的工艺技术逐步逼近它们的极限尺寸，基于分子材料的PCM存储器开始获得业界的关注。今年4月，美光率先在市场上推出相变存储器OmneoP5Q和OmneoP8P。与其他存储器相比，PCM有几大突出优势：
　　制造工艺升级空间大。理论上估计，PCM可以做到5nm量级，小于电子存储技术的极限值。
　　具备位修改特性。PCM大大简化了存储过程中的写操作过程，提升了写的速度。而 NAND和NOR不具备位修改特性。
　　耐擦写次数高。PCM达到100万次，是一般闪存的10倍。
　　与其他存储器相比，PCM的综合性能非常高。
　　优化电表成本和可靠性
　　PCM存储器的优势可以表现在智能电表设计中。在智能电表的设计中，基于对写入次数、可靠性和成本的考虑，主要是采用3类独立的存储器件。具体来说，主要是MCU通过SPI串行接口或者并行接口使用NVRAM(非易失性随机访问存储器)来记录实时信息，EEPROM(电可擦可编程只读存储器)和Flash(闪存)记录历史数据。该存储方案是对成本和可靠性综合考虑后的折中方案。“PCM由于具有先进的工艺(目前PCM是90nm，EEPROM一般采用200nm～300nm)、高可擦写次数、位改写以及快速接口(CLK频率66MHz)的优势，因而可以对目前的电表存储架构进行统一整合。”徐宏来先生介绍说，“也就是说，智能电表只使用一颗PCM芯片P5Q就可以满足目前存储方案的要求。”另外，其较大的容量也为电表未来存储更多数据提供保障。
　　成本降低和设计简化是PCM给电表工业带来的最大益处之一。通过对目前电表存储器进行整合，由一颗PCM芯片完成所有的存储功能，芯片成本可以降低30%～50%，设计得到简化;同时，相关隐性成本的降低，如PCB上SPI接口数量的减少(3个到1个)，断电保护电容或电池可以选择较小容值的产品，这些也使电表整体成本下降。而且，PCM的单芯片方案不需要采购多种芯片，可以减少库存和现金的占用。
　　在可靠性方面，PCM作为一种整合方案，其可靠性要高于采用多种存储器件的方案。徐宏来先生介绍说，PCM主要从以下两个方面来降低设计风险：一是提供业界标准的SPI接口，使客户在设计中可以利用原有的软硬件资源，如电路板设计、软件驱动等;二是对PCM器件进行系列高标准的可靠性试验，从而保证美光产品满足客户的多种使用要求。
　　在温度应用范围方面，由于PCM基于热相变材料，对温度有一定的敏感性。这对PCM的影响主要体现在回流焊阶段。由于回流焊的温度在200℃以上，会对PCM中存储的数据造成影响。这对需要预先烧录存储器件的产品应用影响较大。但在电表领域，由于很少在存储器件中预存大量的数据，因此基本没有影响。当然，未来随着工艺的改进，相信PCM的操作环境温度可以扩展到-45℃～80℃，这将与传统的存储器一样。
　　目前，美光提供的SPI接口产品在各个方面都可以满足MCU接口的要求，并在接口速度等方面超过了目前的其他存储器件。美光正在与MCU厂商和主要的电表设计公司合作，不断改进其解决方案。
　　保障持续研发能力
　　美光目前提供量产的芯片包括90nm的并行接口和SPI接口的芯片，这些产品的容量均为128MB。而且，美光强大的产能和供应链也为电表应用提供了保障。未来，美光会继续提供采用45nm工艺、兼容SPI和并行接口的PCM产品，并研发采用新型接口如DDR接口的产品，以满足存储市场的需求。
　　智能电表行业要求未来存储器成本持续降低、存储容量系列化以及更高的性能(如更高的写入速度和更低的功耗等)。而美光通过45nm以及后续更先进的制造工艺，将提供32MB～256MB的系列容量和更低成本的PCM方案。同时，随着工艺成本的降低，PCM写入速度和功耗等参数也会大幅优化。