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，憑藉高讀寫耐久性、高速寫入和超低功耗的獨特特質，近年來在Kbit和Mbit級小規模數據存儲領域開始風生水起，在各種應用領域頻頻“露臉”並大有斬獲，這就是鐵電存儲器FRAM。
FRAM的非易失性對於當時業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後備電池，仍可在偶發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，有限的容量和並不低的價格導致早期僅僅侷限在工業三相電錶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馮逸新告訴筆者，富士通早在1995年已開始研發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產品已成功應用於智能卡及IC卡等卡片領域、電力儀表及產業設備等工業領域，醫療設備及醫療RFID標籤等醫療領域。近些年來，IoT以及汽車電氣化等趨勢不斷湧現，富士通進一步推出更低功耗、或者車規級的FRAM產品，適應物聯網設備、汽車電子等行業發展，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勢。
圖3：與主要競爭技術對比，FRAM優勢突出。
實現如此優越的性能，這與富士通FRAM深厚的技術積累以及採用獨特的PZT晶體結構不無關係。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，兩個穩定的狀態就以“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的生產製造技術不斷完善，確保了穩定、可靠、持續的供貨！”
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，那麼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採用富士通5V 64Kbit SPI的FRAM產品用於其自主研發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，也正在採用或即將採用富士通FRAM產品。此外，業界知名的一家意大利FI輪胎製造廠商亦採用富士通FRAM產品用於胎壓監測。憑藉高耐久性、高速寫入、高可靠性的特性，與通過車規級認證的產品優勢，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：富士通車規級FRAM在汽車電子場景廣泛應用
除了車規級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，適用於系統網關(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、連續地存儲終端數據，且系統同步將終端數據發往後臺服務器，加上系統多數採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：“廣州一家客戶目前採用富士通FRAM產品應用於智能抄表系統。這一抄表系統可用於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更是適用於高端醫療領域的為數不多的電子產品之一。例如，當今醫院的手術器具、注射器具已經加入電子標籤，用於追蹤運輸、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籤存儲器目前僅有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、伽瑪射線等醫療領域常用射線的干擾，極易造成數據丟失。馮逸新繼續補充：“得益於高可靠性、可抵抗射線干擾、低功耗等優勢，富士通FRAM已成功應用在CT掃描機、監護儀、自動CPAP(連續正氣道壓力)設備、助聽器、醫療電子標籤等產品中，提高醫療行業的生產效率。總結地說，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
“以往業內人士談及富士通FRAM，常常說一個貴字。”馮逸新打趣道。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、關鍵型醫療應用等行業大趨勢也催生了FRAM源源不斷的市場機遇，加上富士通自身不斷升級製造工藝、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產品的開發都是基於客戶的需求，並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製研發生產，也可以將定製的產品複用，實現高效率，為市場提供更加易於使用、性價比更好的產品。據透露，2019年，富士通的FRAM產品有望衝擊40億出貨量的目標。“FRAM是十分好的產品，但產品的市場發展既需要技術積累、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！”
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