全新一代FeRAM，堆叠技术与QSPI加持实现更高速更大容量体验

在工业自动化、物联网设备或嵌入式系统中，既能满足严苛的环境要求，又兼具性能与节能的优点的存储器，非FeRAM莫属。

FeRAM（铁电随机存取存储器）最为独特的优势在于它结合了非易失性和高速写入性能，这种特性是其他存储器无法同时具备的。与传统的DRAM虽然都能实现高速读写，但后者在断电后会丢失数据；而与Flash相比，尽管都具有非易失性，Flash的写入速度却远不及FeRAM。因此，FeRAM在能够保存数据的同时，还能实现几乎瞬时的写入操作，成为存储技术中独一无二的存在。

作为FeRAM领域的主要玩家，RAMXEED（原富士通半导体）已经在此领域深耕二十多年。RAMXEED总经理冯逸新于近日参加了E维智库第12届中国硬科技产业链创新趋势峰会暨百家媒体论坛，并发布了题为《全新一代FeRAM，高可靠性和无迟延应用首选》的演讲。

FeRAM和ReRAM，程序数据存储和日记数据记录的双雄

FeRAM是一种结合了RAM的随机存取特性和ROM的非易失性特点的存储技术，能够在断电后保存数据，同时具备高速读写的能力。与传统的DRAM和SRAM相比，FeRAM在断电后不丢失数据，而与Flash相比，FeRAM写入速度更快，且无需擦除操作。在优势方面，FeRAM的写入时间仅为120ns，远超EEPROM和Flash的写入速度，并且读写耐久性高达10¹³次，几乎没有EEPROM和Flash那样的磨损问题。此外，FeRAM的功耗极低，不需要额外的电荷泵电路，在节能方面具有明显优势。

与ReRAM相比，FeRAM主要应用于日志数据记录等对读写耐久性要求较高的场景，而ReRAM则侧重于程序数据存储的领域。总体而言，FeRAM在高频率、耐久性和低功耗方面占据领先地位，特别适合需要频繁读写、数据保持和低功耗的应用，如工业控制、物联网和医疗设备等领域。

ReRAM（阻变式随机存取存储器，Resistive Random Access Memory）则是一种基于电阻变化原理的非易失性存储器。它通过在不同电压下改变材料的电阻状态来记录信息，这使得它在断电后仍然能保持数据。ReRAM的工作原理不同于传统的Flash、DRAM或FeRAM，它通过改变材料的导电性来存储数据，而不依赖电子的存储或移动，因此具有独特的优势。

“最近几年ReRAM在全球受到很多关注，很多人认为NOR Flash在下一代的时候工艺会进入瓶颈，未来可以替代NOR Flash的是ReRAM，但是ReRAM目前量产最大的容量是12Mb。现在要替代NOR Flash，ReRAM的容量需要达到16Mbit到1Gb，根据报道，包括海力士、中芯国际（SMIC）、中芯国际（SMIC）等知名半导体公司都在研发这个产品。”冯逸新解释到，“RAMXEED是实现ReRAM量产的为数不多的半导体供应商，目前最大容量12Mbit。目前ReRAM，大家可以这么理解，相当于EEPROM的加强版，容量更大，DIE（晶粒）尺寸更小，读出功耗更低。这就适合于助听器，因为助听器不需要写入，根据每个人的听力能力，设定一个参数，每次用的时候读出来即可。”

FeRAM/ReRAM无处不在，RAMXEED利用RFID技术提供增值功能

FeRAM的应用覆盖了多个关键行业和场景，凭借其在断电时仍能保留数据的能力，保障了重要日志数据的精确记录。在智能电网中，FeRAM用于电能计量设备、充电桩和光伏设备中，确保关键数据在断电时的安全性；在汽车和工业机械领域，FeRAM适用于动力电池管理、胎压监测等系统，为紧急断电时的数据保留提供了保障；在工厂自动化中，它用于控制设备和机器人，确保生产数据的持续可靠性。

此外，FeRAM在医疗设备、游戏娱乐设备和云端计算中也有重要应用。医疗领域使用FeRAM记录呼吸机、助听器等设备的数据，保证断电情况下的日志完整性；娱乐设备和服务器控制卡也依赖FeRAM的高可靠性来记录运行信息。在楼宇自动化和通信设备中，FeRAM适用于电梯和基站系统，提升断电情况下的故障恢复能力；而在标签和智能卡中，FeRAM则以其高密度、低功耗的特性增强了RFID等产品的可靠性。

同时，ReRAM在可穿戴设备中也占有一席之地，主要用于低功耗、小体积的助听器和智能穿戴设备的数据记录，满足小型设备的特殊需求。

“富士通从过去80年代的半导体到现在，还积累了一些无线供电的技术（FRID），还有一些识别微弱信号的模拟传感器技术，希望为客户创造更高的附加价值。”冯逸新分享到，“面向无源旋转编码器之外，我们还将利用微弱脉冲电力驱动的无源存储器在未来会做发展。”

据悉，RAMXEED的FeRAM的定制专用LSI（大规模集成电路）在物联网领域的多种应用，分为三大模块：射频无线充电、模拟传感、以及能量采集。

射频无线充电（RF, Wireless charging）：通过UHF和HF频段的RFID技术，实现无线充电和数据通信。高频（HF）RFID具备高密度存储和NFC通信的能力，而超高频（UHF）RFID则能支持小尺寸芯片、无线充电以及EPC通信。这些技术应用在物联网的新器件中，整合了无线充电和传感功能。

模拟传感（Analog sensing）：此部分的功能主要是电源脉冲传感，通过8位的ADC和LNA实现微弱信号的识别，目标是开发小尺寸、低功耗的传感芯片，以支持更高效的信号检测。

能量采集（Energy Harvesting）：应用于无源编码器等领域，通过能量采集技术使设备无需电池即可运行。同时，该技术还计划应用于更广泛的无源存储器开发，实现低功耗和内置的电源管理功能。

总体而言，FeRAM的定制LSI利用多年积累的RFID技术，将无线充电、模拟传感和能量采集集成在物联网应用中，不仅增加了设备的附加价值，也推动了无源低功耗设备的发展。

下一代高速FeRAM，堆叠技术实现更大更快

RAMXEED已经开始了下一代FeRAM的产品布局，据悉其开发目标集中在大容量化和高速化，以满足日益增长的数据存储需求。首先，FeRAM的容量将从32Mb提升到128Mb，采用镜像芯片（Mirror Chip）设计实现更高的存储密度。同时，FeRAM的写入速度将从120ns大幅缩短至35ns，使其具备与SRAM和MRAM相媲美的高性能。在应用前景上，高速FeRAM有望替代SRAM+电池组合、SRAM+EEPROM组合，甚至MRAM，成为新一代低成本、高效能的非易失性存储解决方案。此外，通过堆叠技术进一步提升FeRAM的存储密度，使其在高频读写和数据保留的场景中表现出色。

冯逸新在现场展示了下一代4Mbit并口FeRAM的目标规格和开发路线图，旨在提升FeRAM的写入速度和容量，使其在高性能应用中更具竞争力。

目标规格：当前的FeRAM写入周期为120ns，访问周期为65ns，而新一代高速FeRAM的写入和访问周期都缩短至35ns，与SRAM和MRAM相媲美。同时，新FeRAM的工作电流（ICC）和电压（VDD）均得到优化，以降低功耗。

开发路线图：路线图显示，第一代高速FeRAM的开发将在2026年推出1Mb至4Mb容量版本，写入周期为35ns，并提供试用样品以供客户测试。第二代高速大容量FeRAM预计在2027至2028年发布，容量将达到8Mb至16Mb，并保持35ns的高速写入能力。

这些改进旨在通过显著缩短写入周期和提升容量，使FeRAM成为MRAM和SRAM的替代品，为客户提供更快、更高效的存储解决方案。

不止于此，RAMXEED还将带来Quad SPI接口的FeRAM的新品。

RAMXEED展示了从传统4Mbit SRAM+电池解决方案向4/8Mbit FeRAM过渡的可能路径。FeRAM通过并行和Quad SPI接口提供选择，以满足不同的应用需求，例如去除电池和减少PCB布线。与传统SRAM和SPI相比，Quad SPI FeRAM（108MHz）的写入时间更快，仅需9.7ms，显著优于SRAM和普通SPI的写入时间。

RAMXEED计划通过引入新的封装形式（如24-pin FBGA）来扩展QSPI FeRAM的产品线，以达到市场竞争水平。当前封装涵盖1M到16M容量的多种规格，未来根据市场需求，还会开发6Mbit产品。

在2024至2028年期间，计划推出新的封装和接口版本，包括16-pin SOP和24-pin FBGA，以满足不断增长的市场需求，提升FeRAM在高性能存储市场的竞争力。

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其实FeRAM在市场上的应用量并不算大，主要的瓶颈有两个，一是容量太小，目前最大容量是8Mbit；二是成本比较高，限制了发展。

“在Memory市场， DRAM和Flash约占存储器的98%，剩下的2%是利基市场，这里面还包括了EEPROM、FeRAM。”冯逸新分享到，“因为相对其他存储器，由于特有的产品构造，FeRAM的工艺太旧。如何提高性价比，的确要做很多东西，一是继续把它变得更小，刚有提到叠加技术可以把容量做的更大，同时还得是市场的需求量越大，成产的成本才会更小一些。未来我们不仅是8Mbit，可以做到32Mbit，就可以进入到Nor Fash的容量范围之内。“