利用IoT RAM升級用戶體驗

作者 : 儒卓力產品經理Chen Grace Wang;愛普科技業務開發經理Wesley Kwong

物聯網和嵌入式應用需要越來越多的RAM,這些RAM要求更高的頻寬、更小的外形尺寸和更低的功耗。這對於開發人員提出了一個問題:什麼樣的記憶體模組才適合這類應用?

物聯網(IoT)和嵌入式應用的用戶體驗基準變得越來越高,這要求更多地使用具有更高頻寬、更小外形尺寸和更低功耗的隨機存取記憶體(RAM)產品,以減少系統整體功耗,同時維持元件成本不變甚至更為降低。使用人工智慧(AI)和/或機器學習(ML)的應用尤其如此。

靜態RAM (SRAM)仍然是速率最高和延遲最低,並且最接近處理器,但是它確實存在缺點。常規的6TSRAM佈局拓撲的縮小比例遠不如製程節點。隨著CPU消耗更多的功率,嵌入式SRAM的功耗也會增加。由於功耗方面的限制及其對RAM的需求不斷增加,這意味著嵌入式SRAM越來越難以滿足最新的IoT應用要求。

外部SRAM模組也需要使用大量的電晶體,這不僅會增加記憶體成本,也難以滿足有限尺寸的要求。

與SRAM相比,外部的動態RAM (DRAM)仍然具有很好的成本優勢。它們使用一個電晶體和一個電容構成,提供了與SRAM不相上下的性能,還可以實現密度更高的記憶體陣列。對於永久或通常連接到單個電源裝置的的應用,外部DRAM模組是可接受的解決方案。然而,它們有著大量的接腳,並且要求更新操作,還有佈線複雜度不斷增加,意味著它們整合起來很複雜。

較舊的低密度同步DRAM (SDRAM)模組是為較舊的製程節點設計的,其尺寸基本上不適合緊湊型的節能系統。

這意味著業界需要RAM替代方案,以更低的成本和更低的功耗來提供高性能,同時滿足整體IoT用戶體驗不斷提高的要求。

IoT RAM兼具DRAM和SRAM的優勢

IoT RAM建基於虛擬靜態RAM技術(PSRAM)。它結合了DRAM的優勢(表面面積小、產品成本低至SRAM的十分之一,密度則是SRAM的十倍以上),以及SRAM的高速率、低延遲和易於控制特性。PSRAM在內部使用DRAM單元,該單元僅由一個電晶體和一個電容組成,其行為特性類似於普通SRAM和相對簡單的傳統SRAM介面。

IoT RAM滿足了物聯網及嵌入式應用對更多記憶體、更低功耗和低成本的要求。

IoT RAM還提供了低接腳數的Flash-SPI介面,這種介面用於許多MCU和FPGA產品。愛普科技(AP Memory)提供的低成本IoT RAM解決方案能與大多數MCU、SoC和FPGA的SPI介面相容,其中包括Quad-SPI (QSPI)和Octal-SPI (OSPI)介面。

一些SoC需要比內部SRAM更大的記憶體,這些情況都適合使用系統級封裝(SiP)型IoT RAM。SiP選項元件,特別是那些使用「已知的優良晶粒」(KGD)的產品,具有更高的系統記憶體,可以提供上述所有優勢,從而「超越摩爾定律」。

IoT RAM具有低延遲特性,可以從功耗非常低的模式中極快速地喚醒,實現從待機狀態立即喚醒以及快速開機。IoT RAM的運作功耗非常低,通常取決於記憶體密度,範圍為0.15至0.5μA/Mbit。

內部刷新

請看範例的MCU圖表(如下),RAM和靜態記憶體的使用空間不斷增加。如果在這種情況下使用DRAM,則會增加系統的功耗,還需要整合刷新控制器。

具有普通記憶體模組的典型MCU系統

IoT RAM則不需要控制器,因為DRAM單元的整個刷新邏輯是在內部處理的,用戶毋須知道。這降低了介面的複雜度以及由此帶來的驗證成本。仍然使用SDRAM的較舊MCU系統受益於IoT RAM帶來的優勢,可實現更低的功耗和簡化的介面(如下表)。

IoT RAM勝過SDRAMPSRAM的優勢在於低功耗和接腳數更少。

邊緣運算中的流暢視訊播放

讓我們看看用於影格緩衝的應用,可以明顯看出外部RAM如何實現卓越的用戶體驗。對於讀/寫活動,系統不需要經常存取速度較慢的非揮發性記憶體,從而提高了整體系統性能。Coremark效能測試套件的結果顯示了這一點。用戶受益於更低的延遲、更流暢的視訊播放和更可靠的記錄。

在需要高性能、低成本和快速反應功能的IoT及嵌入式裝置中,愛普科技提供的IoT RAM解決方案能與現有的諸多MCU、SoC和FPGA搭配,為IoT和邊緣運算產品中的揮發性記憶體提供了簡化的訊號協定(QSPI、OPI和ADMUX),以及封裝選項(KGD、WLCSP、SOP、USON和BGA)。儒卓力(Rutronik)提供來自愛普科技的多種精選IoT RAM和PSRAM解決方案,支援多種記憶體密度,能滿足一系列的性能和頻寬要求。

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