【導讀】在人腦中，海馬體負責記憶相關的重要功能。類似的，在電子系統中，扮演“海馬體”角色的則是存儲器。作為半導體元器件中不可或缺的組成部分，存儲器與數據相伴而生，是應用面最廣、市場比例最高的集成電路基礎性產品。數據顯示，2020年全球存儲器收入增加135億美元，占2020年整個半導體市場收入增長的44%。
在人腦中，海馬體負責記憶相關的重要功能。類似的，在電子系統中，扮演“海馬體”角色的則是存儲器。作為半導體元器件中不可或缺的組成部分，存儲器與數據相伴而生，是應用面最廣、市場比例最高的集成電路基礎性產品。數據顯示，2020年全球存儲器收入增加135億美元，占2020年整個半導體市場收入增長的44%。
圖1：2020年全球半導體收入增長結構分布（前瞻產業研究院）
近年來，AI、IoT等技術推動消費電子和大規模數據中心的快速發展，市場對存儲的需求呈現白熱化的趨勢。尤其在IoT領域，產品的功耗和尺寸一直是行業不斷尋求突破的方向。對于存儲器而言，低功耗、小體積、高運行速度等關鍵特性也逐漸成為打入IoT應用的必要條件。
AIoT多元新需求和端側算力，推動各類存儲器市場增長和技術演進
萬物互聯時代，數據流源源不斷；同時，算力的提升推動了計算結構的變化——從過去的端到云，變成了現在的云到端。這一過程中，不僅要求物聯網設備擁有網絡連接能力，還需要一些基礎的計算能力、即主芯片的算力，這也意味著端側的算法更龐大、更復雜，存儲算法代碼的存儲器容量也隨之增加。
“NOR Flash具備隨機存儲、可靠性強、讀取速度快、可執行代碼等優異的特性，有望在IoT設備中替代NAND Flash與DRAM。處理器/主芯片可直接從NOR Flash里調用系統代碼并運行，可同時滿足存儲與運行內存的要求，這使得NOR Flash的市場需求逐年增加，預計每年的增長率將超過10%。”兆易創新存儲事業部資深產品市場總監陳暉表示。
顯然，物聯網及相關AIoT產品（TWS、可穿戴）的爆發式增長，已成為NOR Flash存儲器需求增長的主要驅動力。相關數據顯示，2020年全球NOR Flash市場規模在30.6億美元左右，到2022年將進一步增長到37.2億美元。
據陳暉介紹，作為存儲領域的主力產品，兆易創新SPI NOR Flash已經擁有26個產品線系列、16種產品容量、7種溫度規格、4個電壓范圍以及25種封裝方式。數據表明，自2008年推出中國首顆SPI NOR Flash以來，兆易創新已成為全球排名第三、中國排名第一的SPI NOR Flash供應商，Flash產品累計出貨量更是超過160億顆！
圖2：兆易創新推出全面豐富的NOR Flash產品及解決方案
在耀眼成績的背后，是兆易創新不斷尋求自身突破的決心。陳暉表示：“兆易創新的策略一直緊密結合市場的動態，依靠產品定義與特點推出不同性能的產品，滿足客戶多樣化的需求，逐漸覆蓋工業、消費，甚至汽車等領域。”目前，兆易創新55nm先進制程工藝的SPI NOR Flash已進入全線量產階段，相較前一代產品性能更高、容量更豐富、功耗也更低。針對車用市場也推出了車規級3.0v、1.8v SPI NOR Flash產品，容量涵蓋2Mb-2Gb，滿足不同的車載應用需求。
除了NOR Flash之外，SLC NAND Flash、DRAM亦是兆易創新側重的存儲產品方向，并持續加大投入。2020年10月，兆易創新正式推出全國產化24nm工藝節點的4Gb SPI NAND Flash產品——GD5F4GM5系列。該系列實現了從設計研發、生產制造到封裝測試所有環節的純國產化和自主化，并已成功量產。另外在DRAM內存芯片布局方面，2021年6月兆易創新宣布首款自有品牌4Gb DDR4產品GDQ2BFAA系列量產，該產品實現了從設計、流片，到封測、驗證的全國產化，標志著兆易創新成功將業務觸角拓展到了DRAM主流存儲市場。
圖3：兆易創新4Gb SPI NAND Flash產品——GD5F4GM5系列
追逐尺寸、功耗、安全、性能 “全優”？高超的產品定義是一門藝術
蓬勃發展的物聯網為NOR Flash市場注入了一劑強心針，但物聯網應用場景的多樣性、復雜性，也給NOR Flash帶來了全新的挑戰。比如，盡管封裝體積小、信號引線少是SPI NOR Flash的主要優點，但在IoT設備日趨小型化的要求下、進一步縮小產品封裝體積勢在必行；多數物聯網應用由于地理位置或成本原因，某些場合甚至需要10年以上，因此功耗也是物聯網終端或模塊最重要的指標之一。此外，諸如容量、安全等方面也是廠商不得不面臨的挑戰課題。
以近年來愈發火熱的可穿戴設備來看，此類設備一方面需要采集用戶的數據信息提供智能化的建議，例如位置信息、心率信息等，另一方面也需要把外界數據傳輸給用戶，如音樂、視頻與通話等，這些過程都離不開NOR Flash的支持。在內部空間“寸土寸金”的情況下，其電子元器件需要滿足體積小、低功耗的要求。
譬如，隨著TWS耳機邁入2.0時代，包括OTA升級、骨傳導、語音識別、降噪、觸控等多種功能的出現，為了存儲更多固件和代碼程序，往往需要外擴一顆32Mbit甚至更大容量的SPI NOR Flash，同時也要求小體積和低功耗。
作為應對之道，兆易創新今年初宣布將WLCSP封裝方式引入自家存儲器件。跟其它封裝相比，在同等容量下兆易創新存儲器件的尺寸最小能做到長寬均不足1mm、最薄0.25mm，約是USON8 (3mm x 2mm)封裝體積的1/10。針對TWS耳機產品，兆易創新還可以根據客戶需求，將Flash與主芯片采用疊封的形式，不用單獨再為Flash開一塊空間，對整個系統PCB的面積縮減有極大幫助。
圖4：WLCSP封裝與其他封裝對比
圖5：WLCSP封裝對比USON8封裝，體積約為后者的十分之一
此外，兆易創新還推出了業界讀功耗最低的LE系列SPI NOR Flash，其工作電壓為1.65~2.0V，產品容量涵蓋2Mb~512Mb，可滿足不同應用需求。在功耗方面，該LE系列的睡眠電流低至0.1uA，四通道133Hz的情況下讀取功耗低至5mA，比行業平均水平低40%左右。
圖6：同樣封裝體積下，兆易創新提供豐富的容量選擇
安全性則是存儲器設計和應用的另一大考量。在IoT應用中，Flash由于存儲了眾多關鍵的系統代碼，相較SoC更容易被作為攻擊的對象，提升安全性顯得尤為重要。“提升系統安全性不能只是從Flash安全規格或加密技術入手，更多需要將Flash與主芯片，如MCU、SoC等進行整體考慮。雖然安全級別一般而言是越高越好，但我們考慮Flash的安全功能，應該與終端產品定位、主芯片定位相互匹配，這樣才能做出符合市場需求的均衡產品。”陳暉表示，“當然，兆易創新Flash正在結合自身的MCU產品，或與更多SoC廠商進行緊密合作，致力于提升對IoT設備及系統的安全性能。”
存算感一體，兆易創新產品生態協同效應初現
事實上，不只是物聯網，在包括汽車電子、5G、智能手機，以及TDDI將觸控功能整合進入驅動IC等需求的推動下，NOR Flash市場潛能已經被完全激活。“目前，兆易創新已經與全球頂級的通信設備廠商達成了合作，同時針對車規市場更大容量的512Mb-2Gb產品也通過了AEC-Q100的認證。”陳暉表示，隨著用戶需求增加、系統功能更新、代碼復雜度提升，未來兆易創新的Flash產品將繼續向大容量、高性能、高可靠性、低功耗、小封裝的方向演進。
除了Flash和MCU業務，聯動基于觸控和指紋識別的傳感器業務，兆易創新正積極推進產業整合、拓展戰略布局，打造存儲、控制、傳感、互聯、以及邊緣計算的一體化解決方案滿足客戶的不同需求。萬物互聯時代，兆易創新全面布局“存儲+MCU+傳感器”的強強組合形成了獨特的生態協同效應，即使在產能緊張的背景下，仍然通過供應鏈多元化管理的布局優勢，成為率先恢復產能有序供應的半導體企業，從而應對不斷變化的行業發展挑戰。
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