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全新問世: 華邦的高效能Serial NAND系列--一種為了高階汽車而生的高容量記憶體元件

有鑒於平板和智慧手機的普及化,大家都已經習慣在日常生活中,使用這些擁有炫麗螢幕和結合許多功能的裝置,而目前這股風潮也漸漸滲透到了日常會使用到的車子上。在車用儀表板、中控台和抬頭顯示器等等的車用顯示器上,也逐漸朝著大尺寸、多功能甚至多螢幕的趨勢靠攏。

汽車製造商已經逐漸順應潮流的將中控台整合於7吋或甚至更大尺寸的螢幕。隨著時間的演進,駕駛將不再滿足於現有的使用介面,勢必將會有更多且更華麗的顯示屏幕會圍繞在駕駛周圍,逐漸形成一種類似飛機駕駛艙概念的汽車駕駛座。

相同的趨勢也會發生在汽車儀表板上。目前在中階車種上,已經配備了所謂的混合式儀表板,意即結合了傳統的指針式和一些 2D的圖形顯示的儀表板。但在高階車種上,儀表板已經全面數位化,可顯示包含了駕駛輔助、導航、圖形、虛擬指針和娛樂等資訊。(Fig. 1) 

這種變化將會帶來更現代化的汽車內裝和完全不一樣的駕駛者感受。然而,這也讓我們得針對使用在汽車系統中的記憶體規格,重新做一次審視與思考。

新一代的大型多功能顯示系統不僅得處理像是導航圖資或一些更炫的圖形和介面,甚至連各式各樣的駕駛輔助系統都得透過顯示系統來呈現。傳統上,儲存運算代碼的媒介都是使用NOR Flash,那是一種一直以來都被認為是可靠且具有快速讀取的記憶體。但【可靠】、【快速】這兩種特性,在車用領域上通常都代表著高成本!

Fig 1:擁有豐富資訊並且圖形化、數位化的奧迪概念虛擬駕駛座儀表板 (圖片版權: Audi)

 

NOR Flash記憶體在某方面算是一種低容量的代碼儲存媒介,當代碼容量超過512Mbits時,NOR Flash在成本考量上就顯得不那麼的有優勢。汽車系統設計者必須被迫採用在消費型產品(例如智慧手機,平板電腦) 上所採用的eMMC來當作儲存媒介。但,如果從成本和更重要的可靠性的考量出發,更多的汽車系統設計者只願意在中低階車種上使用eMMC。

於是一種嶄新的想法便誕生了: 何不開發一種全新的,專門為需要【可靠】、【快速】的車用應用的NAND記憶體呢?

 

車用顯示系統必備要件: 快速啟動,可靠度和相容性

車用顯示系統在儲存媒介上必須滿足三大要求:

第一,必須要有能夠【高速】的讀取速度。

為了讓使用者(駕駛)有更好的使用者體驗,通常會要求不管是儀表板或者中控台影音系統能夠在一秒內就啟動完成。而在啟動的過程中,通常都是將存放在非揮發記憶體中的代碼,全部讀入DRAM做映射,再交由主控IC來做運行。由此上述可知,Flash記憶體的讀取速度就顯得格外重要。

第二,所有的車用系統都必須滿足【高可靠度】。

可靠度、安全性是影響汽車品牌價值的重要因素之一。另一方面,這也是車用系統至少都被要求必須滿足十年的使用周期的原因。

在非揮發記憶體領域,有兩個重要的因子會影響到可靠度:

第三,在資料儲存媒介上的相容性程度。

通常,汽車系統是持續地演進而不是跳躍式的變化。因為新硬體的測試驗證通常都是曠日廢時,系統設計者通常都被要求要在現有的系統設計上增加新功能或榨取更多效能。

NOR Flash 因為有上面說的這幾種特性:高傳輸速度、極低的位元錯誤率、長時間的資料保存力和標準的讀取介面,所以早就已經被廣泛的應用在儀表板和其它的顯示介面上。

加上,NOR先天上的單元面積比較大,所以資料保存力極佳,但這也導致了NOR的整體晶片大小也比較大。相同地,成本也會隨著容量越來越大而會急遽增加。另一方面,NAND Flash有著相較於NOR來說小很多的單元面積,在相同容量時 (尤其是高容量),NAND Flash是一個相較便宜的選擇。

事實上,在512Mbits以上的容量區間,NAND Flash 每位元的平均成本遠低於SPI NOR Flash一半以上,而這個容量區間恰好是未來大型車用顯示器所需要的容量底線。

過去,設計者對於在中控台或儀表板上使用NAND Flash是非常抗拒的。抗拒的原因不外乎是NAND Flash在速度和可靠度上的疑慮,譬如比較高的位元錯誤率和比較差的資料保存力等等。基於上述的種種理由,NAND Flash通常只被使用於消費型產品,例如拿來儲放智慧手機內的音樂或資料。

但這種情況將會隨著華邦把高容量、低成本、高速度、高可靠性等種種車用需求結合在一起,成功地開發了全新的Serial NAND Flash而變得有所不同。

 

全新的高效能Serial NAND產品

這個全新的1Gbit W25N01JW NAND Flash是用華邦自有46nm single-level cell (SLC) 製程來製造。SLC NAND的單元面積雖然比MLC (multi-level cell) 和TLC (triple-level cell) NAND來得大,但也因為較大的單元面積,使得這顆使用46nm SLC NAND製程的W25N01JW擁有極佳的資料保存力。

W25N01JW能夠在高溫擦寫1萬次之後,還能在均溫70°C的環境下保有10年的資料保存力 (Fig. 2) ,這種資料保存的能力比現今使用在高階車種上的eMMC還要高上許多!

W25N01JW也自帶了1-bit ECC處理能力都能進行糾錯校正。W25N01JW同時也通過了AEC-Q100和JEDEC在擦寫次數、資料保存力和品質要求上的認證。

Fig.2 W25N01JW的資料保存力 (主圖) 和傳統eMMC的資料保存力 (左下角) 比較
(
圖片版權: Winbond)

 

W25N01JW也是全世界第一顆超高速的NAND Flash產品:在QSPI模式下擁有83MByte/sec!這種讀取速度跟現在車用的SPI NOR Flash已經可以互相媲美。更進一步地,華邦的W25N01JW更可以利用堆疊封裝的方式來實現Dual-Quad SPI傳輸,將傳輸速度一舉抬升到160MByte/s的境界。(Fig. 3)

Fig.3兩種用華邦全新的高效能Serial NAND來實現Dual-Quad I/O的架構示意圖

(圖片版權: Winbond)

 

未來,主控芯片要處理駕駛輔助系統 (ADAS) 和儀表板的資料大概是需要200MByte/s。這也表示華邦的這顆全新高效能Serial NAND至少含蓋80%資料傳輸量。

根據以上所述,華邦這顆全新的高效能NAND Flash能夠滿足高傳輸速度、高可靠性的車用市場要求,在成本上也比相同容量的SPI NOR更有競爭優勢。

在相容性上,W25N01JW提供了和主流NOR Flash一樣的WSON 8mmx6mm和TFBGA標準封裝。且因為有著相容於標準Serial NOR和NAND的指令協定,系統設計者並不需要進行複雜的軟體更動,就可以很容易的將現有SPI NOR Flash用W25N01JW來取代。

 

從現在開始,採用更優良的NAND Flash技術吧!

華邦的高效能Serial NAND Flash,不僅在成本上、效能上超越目前使用在儀表板或其他車用顯示器上的傳統SPI NOR Flash,再加上這是華邦自有工廠研發製造,對於需要長期穩定供貨的車用客戶來說,更是一大福音。

 

作者:華邦電子黃信偉 Wilson Huang 產品企劃經理; Takehiro Kaminaga 產品行銷經理

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