瑞薩電子株式會(huì)社宣布開(kāi)發(fā)出新的閃存技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更大的內(nèi)存容量、更高的讀出速度和對(duì)采用下一代28 nm工藝的汽車(chē)MCU的空中下載技術(shù)(OTA)支持。這項(xiàng)新技術(shù)在24 MB的MCU上實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最大的嵌入式閃存容量，并達(dá)到了240 MHz的隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)讀取速度，這是業(yè)內(nèi)嵌入式閃存的最快速度。該技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)行OTA無(wú)線(xiàn)軟件更新時(shí)的低噪聲寫(xiě)入操作，以及OTA軟件更新的高速和穩(wěn)健操作。
瑞薩電子于6月12日在日本京都舉行的2019年VLSI技術(shù)和電路專(zhuān)題討論會(huì)（2019年6月9日-14日）上介紹了這些成果。
近年來(lái)，在汽車(chē)自動(dòng)駕駛、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)中，由于控制軟件規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)嵌入式閃存容量的要求也越來(lái)越高。OTA技術(shù)的引入加速了對(duì)更大容量的需求，以確保為更新的程序提供足夠的存儲(chǔ)空間。由于需要在增加新功能(如功能安全)的情況下確保實(shí)時(shí)性能，因此也迫切需要更快的從閃存中讀取隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)間。此外，關(guān)于OTA，現(xiàn)在強(qiáng)烈希望做三件事：首先是低噪的設(shè)計(jì)，以便更新的軟件可以可靠地存儲(chǔ)，即使在汽車(chē)運(yùn)行；第二，減少了軟件切換期間的停機(jī)時(shí)間；第三是穩(wěn)定性，以避免不正確的操作，即使在更新或切換軟件時(shí)發(fā)生無(wú)意的中斷。
新開(kāi)發(fā)的閃存技術(shù)通過(guò)以下方式滿(mǎn)足這些需求：
24MB片上閃存——業(yè)內(nèi)最大的MCU
瑞薩電子繼續(xù)為其MCU中使用的嵌入式閃存采用高速、高可靠性SG-Monos(注1)技術(shù)。這里開(kāi)發(fā)的28 nm的存儲(chǔ)單元尺寸減少了15%以上，從以前的0.053?m?減小到小于0.045?m?。在抑制芯片尺寸增加的同時(shí)，這項(xiàng)新技術(shù)允許包含24MB的代碼存儲(chǔ)閃存，這是業(yè)界最大的嵌入式閃存容量。瑞薩電子公司還在測(cè)試芯片中包含了1MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)閃存，用于參數(shù)和其他數(shù)據(jù)。
240 MHz隨機(jī)存取讀取速度——具有嵌入式閃存的MCU的業(yè)界最高速度
分詞法是提高嵌入式FLASH存儲(chǔ)器隨機(jī)讀取速度的一種有效方法。然而，這種劃分增加了分詞驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量，并且由于包含在這些驅(qū)動(dòng)器中的晶體管的時(shí)變擊穿(TDDB)和由于泄漏電流的增加而導(dǎo)致分詞電源電壓下降繼而導(dǎo)致可靠性降低。瑞薩電子公司使用分詞驅(qū)動(dòng)器緩解壓力和分布式分詞電源電壓驅(qū)動(dòng)器解決了這些問(wèn)題，并在寬溫度范圍(結(jié)溫從-40°C到170°C)驗(yàn)證了240 MHz高速隨機(jī)接入，這是業(yè)界在測(cè)試芯片中最高的。
降噪技術(shù)的發(fā)展
在對(duì)閃存進(jìn)行編程時(shí)，通過(guò)在初始操作和后續(xù)操作之間改變施加到每個(gè)存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入電流，瑞薩電子公司將來(lái)自外部電源(VCC)的峰值電流消耗降低了55%，而不降低與之前瑞薩電子公司器件相比的吞吐量。這抑制了在汽車(chē)運(yùn)行時(shí)OTA操作期間電源電壓噪聲對(duì)MCU本身的不利影響。瑞薩電子公司還應(yīng)用了將寫(xiě)入電流改變?yōu)楦咚賹?xiě)入模式的思路，在這種模式中，同時(shí)編程的單元數(shù)量將增加。因此，在這種模式下，新器件實(shí)現(xiàn)了6.5MB/s的高速編程。這使得抑制與大內(nèi)存容量相關(guān)的增加的測(cè)試時(shí)間成為可能。
OTA能夠控制既穩(wěn)健又高速的軟件切換
在該測(cè)試芯片中，代碼存儲(chǔ)閃存被劃分為用于正在使用的軟件的存儲(chǔ)區(qū)域和用于更新軟件的存儲(chǔ)區(qū)域。這使得在點(diǎn)火關(guān)閉時(shí)在不到1毫秒(1/1000秒)內(nèi)切換軟件成為可能。此外，軟件切換設(shè)置是重復(fù)的，并添加了新的狀態(tài)標(biāo)志，以防止在軟件更新或切換被無(wú)意中斷的情況下發(fā)生不正確的操作。這同時(shí)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健的操作，允許可靠地選擇可執(zhí)行的控制軟件，并減少了不能使用汽車(chē)的停機(jī)時(shí)間。
上述技術(shù)使得汽車(chē)控制軟件、高速實(shí)時(shí)控制和先進(jìn)的OTA的規(guī)模不斷擴(kuò)大成為可能。展望未來(lái)，瑞薩致力于嵌入式閃存的持續(xù)發(fā)展，并努力實(shí)現(xiàn)支持新應(yīng)用所需的更高容量、更高速度和更低功耗。
注釋
(注1)MONOS：金屬-氧化物-氮化物-氧化物-硅。在過(guò)去的20年中，瑞薩電子公司在EEPROM、安全MCU和其他產(chǎn)品上使用MONOS技術(shù)取得了可觀的記錄。MONOS技術(shù)應(yīng)用于瑞薩電子公司MCU的嵌入式FLASH存儲(chǔ)器中。
(注2)在2015年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC 2015)上宣布的瑞薩電子公司閃存技術(shù)。