嵌入式存储的技术革新和市场扩张

受到全球半导体产能短缺、新冠疫情及季节性需求等因素的影响,存储器件的价格呈现出较大的波动态势。全球主要行业分析师均预测了半导体产能的短缺将持续整个2022年,甚至更长。根据WSTS的数据分析,2022年全球存储器件市场的规模将达到1716.82亿美元,同比增长将达8.5%。

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是什么在拉动嵌入式存储市场的需求

存储器件约占半导体芯片行业约30%,其需求增长速度是快于半导体行业的。目前来看,5G物联网、云存储等主流应用将继续成为传统存储市场的助推器;电动车市场的兴起推动了汽车电子市场对于存储的需求;可穿戴医疗应用又对于存储的尺寸、功耗和品质提出更高的要求;人工智能则将传感、存储和运算牢牢地绑在了一起。这些新兴的应用场景无疑将要更加依赖于嵌入式存储的技术发展。嵌入式存储在与传统存储器件的对比中有着独特的优势,而不同的应用环境对于嵌入式存储的方案有着各自的需求。

目前,全球半导体产能都处于严重短缺状态,对于那些使用独立式存储器件,并通过后端SiP集成的设计公司来说,他们不得不面对来自多家供应商潜在的产能风险。从更好地分配芯片产能的角度来讲,利用SoC的系统设计,同时加入嵌入式存储IP,无疑将获得更有效的产能利用。嵌入式解决方案搭配产能的提前布局,将极大地增加新产品第一时间投入市场量产的信心,从而抢占市场先机。同时比起SiP的方案来讲,嵌入式方案更省面积,这也意味着整体设计的总成本也能得到相应优化。

嵌入式存储,能解决存储芯片市场供不应求的燃眉之急,又能获得更优的时间和价格成本,同时还能顺应系统方案小型化趋势。以嵌入式非易失性存储器为例,即eNVM,它是存储芯片的一种类型。相对于独立存储器而言,eNVM芯片被嵌入芯片内部作为其功能的一部分。按原理结构的不同,嵌入式存储器又可分为一次可编程(OTP)存储器,多次可编程(MTP)存储器,闪存(Flash)和电可擦可编程只读存储器(EEPROM),每种嵌入式存储器由于特性不同,适用的领域也有所不同。

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嵌入式存储真实的市场需求与技术变革

传感器为例,如今越来越多的应用正在依赖智能传感设备,而智能传感器对于智能化的要求也在不断增加,这个趋势通常被称为“智能传感器迁移”。当传感器不再是简单的传感后,对SoC芯片的要求也不再是仅仅简单执行传感或者驱动这类的执行操作,而是需要有能力第一时间直接处理从外界捕捉来的数据——通过支持现场自适应处理,实现或者能够快速转换和优化准备传输的数据(使数据适合在总线网络或者RF广播上传播),从而方便数据在后端得到进一步处理。

从芯片架构的角度来讲,任何智能传感目前都需要on-board的MCU用来数据运算和处理,而MCU又离不开SRAM和NVM(主要是EEPROM和Flash)。SoC最基本的功能是把传感器从外界捕捉的信号(主要是模拟信号)转换成数字信号,然后根据后端不同的协议转换数据以备后续的传输。整个系统中关于存储端必须要考虑的关键点是该存储单元的性能参数,大多数情况下这取决于整个SoC的应用场景。因此,所用到的存储方案,在确保与系统中其余应用能够完美集成在一起的同时,也必须要有能力承受整个系统相同的工作条件,还要具备与传感器或者MCU本身要求相当的可靠性水平。

从这点来讲,嵌入式存储解决方案的优势将会非常明显。如汽车和航天领域:传感器必须适应极限的高温和低温,同时能够承受高电压,有时甚至需要具备对辐射的恢复能力。类似其他的应用对于环境的要求虽然可能没有那么苛刻,但仍需要有比较高的安全标准,如:生物医疗。对于上述提及的这些应用场景,嵌入式解决方案的现有替代方案都不具有成本优势,更不利于管理,甚至无法匹配传感器/MCU的运行环境条件。因此,在汽车电气化、自动驾驶、远程医疗等全球趋势的引领下,嵌入式解决方案在这些市场都有望在未来稳步增长。此外,嵌入式方案在“低能耗”与“小型化”方面的特点,进一步巩固了其市场优势。

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再从人工智能方面来看,AI趋势正逐步将当前的智能传感转变为新一代仿生智能传感,为了使新型应用或现有的应用更高效,“智能化”与“低功耗”需要获得完美的结合。在AI领域,不同类型的神经网络架构大都通半导体阵列实现,并在推理演绎和机器学习的基础上实现这些基本的MAC操作。这种半导体单元阵列在概念上与嵌入式存储阵列非常相似,也预示着未来技术的趋势,即:从目前的逻辑阵列向multi-bit多位元或“近似模拟化”的升级。人工智能目前被广泛认为是继手机革命之后,又一个未来几年会以两位数的复合增长率增长的大事件,并且能够大大改善我们的生活方式。因此在这个赛道上,对嵌入式存储器以及其集成方案有充分了解的公司将在市场上抢得先机。

综合来看,对于许许多多需要智能化支持的传感器来讲,嵌入式存储是完美的解决方案。而嵌入式存储器,尤其是非易失性存储器,不管从中期还是长期来看都将迎来一个极为光明的应用前景。嵌入式存储的解决方案可以有助于缓解近期全球半导体短缺的问题,成为汽车和便携式应用(特别是医疗健康)创新的关键推动者。从长远来看,嵌入式存储能够为Edge-AI实现大规模推广和普及铺平道路。从某种意义上来讲,嵌入式存储将有助于人类进入下一个文明时代。


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