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瑞薩電子嵌入式閃存技術獲新進展 新技術采用下一代28nm制程工藝

2019-06-14
王偉

  全球領先的半導體解決方案供應商瑞薩電子株式會社日前宣布推出全新閃存技術,該技術采用下一代28nm制程工藝,可實現更大的內存容量、更高的讀取速度,以及用于下一代車載微控制器的OTA技術。這項新技術在單顆MCU上帶來了業界最大的嵌入式閃存容量(24MB),隨機訪問速度可達到業界嵌入式閃存的最高速度240MHz。該技術還實現了OTA無線軟件更新時的低噪聲寫入操作,以及OTA軟件更新的高速及穩定運行。

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  自動駕駛和電力驅動等領先技術被用于車輛系統中,控制軟件的規模日趨龐大,由此對MCU中更大容量的嵌入式閃存需求日漸強烈。OTA技術的引入進一步加速了對容量的需求,以確保更新程序所需的存儲區域。由于需要增加諸如功能安全性之類的新功能,因此必須確保實時性能,并需要從閃存中獲得更快的隨機訪問速度。此外,圍繞OTA技術,還迫切要求確保以下三點:首先是低噪音設計,即便在汽車運行時也可存儲更新的軟件;其次是減少軟件切換期間的停機時間;第三是穩定性,避免在更新/切換軟件發生意外中斷時發生錯誤操作。

  全新的閃存技術可滿足以下需求:

  24MB--業界最大MCU片上閃存容量

  瑞薩持續采用高速、高可靠性SG-MONOS技術,用于其MCU中的嵌入式閃存。基于該技術所開發的28nm工藝存儲單元尺寸減少15%以上(從早期的0.053μm2到不足0.045μm2)。在控制芯片尺寸增加的同時,這項新技術包含24MB的代碼存儲閃存,這是業界最大的嵌入式閃存容量。瑞薩的測試芯片還包含1 MB數據存儲閃存,用于參數和其它數據。

  240 MHz--具備業界最高的嵌入式閃存MCU隨機訪問速度

  字行分割是提高嵌入式閃存中隨機訪問速度的有效方法。然而,這種劃分增加了字線驅動器的數量,并導致可靠性下降,原因是這些驅動器中所包含晶體管的介質層時變擊穿(TDDB),以及由于漏電電流的增加而造成字線電源電壓下降。瑞薩利用字線驅動器應力緩解和分布式字線電源電壓驅動器解決了這些問題,并在很寬的溫度范圍內(結溫從-40°C至170°)驗證了240 MHz的高速隨機訪問,達到業界測試芯片中的最高成績。

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  降噪技術

  當閃存編程時,通過改變初始操作和后續操作間施加到每個存儲器單元的寫入電流,在不降低吞吐量的情況下,外部電源(Vcc)的峰值電流消耗相比早期的瑞薩設備降低了55%,可以在汽車運行時的OTA操作期間抑制電源電壓噪聲對MCU的不利影響。瑞薩還將寫入電流改為高速寫入模式,從而增加了可同時編程的單元數量。因此,新器件在此模式下以6.5 MB/s的速度實現高速編程,縮減了由大存儲容量造成的額外測試時間。

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  通過OTA實現穩定高速的控制軟件切換

  在該測試芯片中,代碼存儲閃存被分成兩個區域,一部分用于運行中的軟件,另一部分用于更新的軟件,以做到在點火時不到1毫秒(1/1000秒)的時間內切換軟件。此外,軟件切換采用冗余設置,并添加了新的狀態標識,以防止在軟件更新或切換意外中斷的情況下出現錯誤操作,由此同時實現了運行的穩定性,可靠地選擇可執行控制軟件,并減少車輛系統的停機時間。

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  上述技術幫助越來越多的汽車支持車載控制軟件、高速實時控制和先進的OTA功能。展望未來,瑞薩持續致力于嵌入式閃存技術的開發,努力實現支持新應用所需的更高容量、更高速度和更低功耗。


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