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用于推动超高速5G无线宽带的新型低成本内存解决方案

5G是一个技术平台,能支持许多潜在的使用案例和终端产品。例如从下一代超高速传输的宽带智能手机,到救援任务或紧急服务通信网络,再到用于创新物联网或智能城市应用的低功耗无线传感器数组。

虽然该技术有巨大的潜力,但5G设备的大众消费市场尚未展露曙光,且需要一定的时间来布建基础设施。 虽然类似2020年东京奥运会之类的大型活动,将有助于更广泛地采用5G,然而目前世界上大多数地区仍处于刚起步的基础设施建设阶段。南韩是最快布建5G的国家之一,而在其他地区,5G信号覆盖范围通常仅限于大城市中的一小部分,5G手机的普及率也是相对较少的。

 

市场成长契机: 5G调制解调器

然而有一种使用场景是可立即应用到高速5G无线通信的,那就是“固定式5G AP或客户端设备(CPE)”,它将能提供给家庭或小型办公室高速宽带网络服务。

固定式5G调制解调器的使用场景很单纯:它是传统地下电缆或光纤连接的xDSL或调制解调器的低成本替代方案。因为在电信交换机和用户家之间所谓的最后一英里路程的安装花费成本不能太高,所以低成本的固定式5G调制解调器拥有相当大的潜力。5G调制解调器固定在用户的屋外,经由无线连接的方式接通5G基地台和屋内的Wi-Fi®路由器,因此唯一需要的接线是调制解调器的电源线。

首次安装电缆或xDSL调制解调器通常需要从最近的网络交换单元透过地下电缆拉线到客户屋内,相比之下,这是一个昂贵、破坏性、且耗时的过程(如图1)。

1:检或安装地下通信基础设施既困难又耗时,如2018年在波多黎各圣胡安的穆尼兹空军国民警卫队基地。(Image in the public domain)

 

这就是为什么网络服务供货商,如美国的Verizon、AT&T、和T-Mobile,看到这类服务拥有庞大的商业潜力,并正积极拓展5G布局,来为没有电缆或xDSL布线的房屋提供宽带网络。这也是xDSL客户可能的低成本升级选项之一,不仅仅是无需升级客户或交换机的xDSL设备,而且与国内最快的xDSL下载速度相比,5G高速网络最高下载传输率能提高至300Mbps (1),是传统xDSL的一倍以上。

 

5G调制解调器的内存系统考虑

为了支持高速操作和高数据传输率,无线调制解调器需要先进的基频处理器,其中包括高速主存储器,且容量可满足通讯协议所需的大量程序代码。

目前市场上的5G调制解调器能够实现这种架构的,就是拥有包括1.8V NAND闪存和1.8V低功耗DDR4x(LPDDR4x)的多芯片封装(MCP)了。

虽然LPDDR5是低功耗同步DRAM(SDRAM)主存储器技术的最新版本,但它量产时间大概是在2019年中,为期尚短,相比之下,LPDDR4x早已广泛应用在5G调制解调器中。举例来说,LPDDR4x已经被广泛使用在由高通,三星,华为和联发科等等设计公司所开发的低功耗与高数据传输行动通讯处理器芯片组里了。

到目前为止,5G调制解调器的设计人员通常选择“4 + 2”MCP,也就是在单一封装中包含了用于存储代码的4Gb SLC NAND闪存与用于动态执行的2Gb LPDDR4x芯片。目的是为了让笔记本电脑或平板计算机,提供高速无线宽带上网。这类型的5G CPE就需要这种4 + 2组合的MCP产品。此类CPE需要处理非常复杂的操作,例如在持续移动中,让高速网络联机能够无缝接轨的从一个基地台切换到另一个基地台。

然而,5G  CPE是固定的装置,它与单一基地台保持永久连接,并且永远不会在基地台之间漫游。相较于行动调制解调器必须在没有5G信号的区域转而使用2G / 3G / LTE信号,固定式的5G调制解调器不需要向下兼容于旧的2G / 3G / LTE网络技术。

这降低了对5G CPE 通讯协议程序代码的要求,意味着可以使用容量小一点、相对更便宜的NAND闪存。

 

较低价位的内存选项

这就是华邦电子选择推出1.8V 2Gb + 2Gb NAND闪存和LPDDR4x所合封的W71NW20KK1KW的原因之一(如图2)。2Gb NAND闪存容量足以支持固定式5G调制解调器的程序代码需求,且较小的2Gb容量意味着NAND闪存比现在的4 + 2 MCP存储器产品中使用的4Gb NAND闪存更便宜些。 因此,固定式5G调制解调器的开发人员可以使用W71NW20KK1KW来降低材料清单成本。

2WinbondW71NW20KK1KWNAND FlashLPDDR4x芯片合封在同一个封装中

 

W71NW20KK1KW MCP使用8.0mm x 9.5mm x 0.8mm球型数组(BGA)封装。其中用于存储程序代码的组件为Single Level Cell(SLC)NAND闪存。相较广泛应用于智能手机和固态硬盘(SSD)的更高密度的Multi Level Cell(MLC)、Triple Level Cell(TLC)、和3D NAND闪存组件,SLC NAND是更强健的一种闪存。它提供更高的数据可靠性,其较低的位出错率只需使用较少位的错误纠正算法。

同时,SLC NAND闪存提供更长久的数据保存能力,并且比TLC、MLC NAND闪存组件能够承受更多的写入/擦除次数。相关的规格细节请参阅Winbond免费提供的可靠性报告

W71NW20KK1KW的NAND闪存组件使用8位IO总线,每一个块(block)里面有64个页面(page)。也提供了包括最大25 µs的页面读取时间与250 µs的标准页面写入时间。

LPDDR4x DRAM芯片的工作频率高达2133MHz (2) ,支持LVSTL_11接口,具有8个可同步进行操作的内部存储区,并采用16位IO总线,数据传输率可高达4267MT / s,支持5G网络电信商所推出的超高速宽带下载速度。

对目前固定式5G无线调制解调器而言,W71NW20KK1KW的2Gb NAND+ 2GbLPDDR4x的配置组合是一个优秀且符合成本的选择。 但是为了满足某些应用程序需要更大的闪存容量来储存更大的程序代码,华邦也积极开发4Gb NAND + 2Gb LPDDR4x MCP版本的产品,即将在不久的将来(2019年底)问世,并提供样品到客户手上。

 

华邦协助推展5G的技术普及

我们可预期,采用W71NW20KK1KW的新一代固定式5G CPE,将有助于加速消费者采用5G 来作为高速宽带网络的整个时程。

华邦现在是世界上唯一一家拥有自家的晶圆厂来生产NAND闪存和LPDDR4x芯片的MCP芯片制造商。 由于华邦全权掌控整个生产流程,因此订购W71NW20KK1KW MCP的客户可以100%信赖华邦对供货数量、时程、质量、与服务的保证。

 

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华邦推出2Gb+2Gb NAND+LPDDR4x多芯片封装产品支持5G高速使用者终端设备

备注:

  1. Verizon 5G Home service offers typical 300Mbps download data rates, see verizonwireless.com/5g/home/
  2. LPDDR4x DRAM芯片的工作频率高达2133MHz仅指在单芯片下,而MCP相关产品则是1866MHz

by华邦电子 黄信 Wilson Huang 品企划; 李家庆 Justin Lee

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