【原创】国货当自强,国产MTP助IOT低功耗设计

CDM 提交于 周五, 04/27/2018
【原创】国货当自强,国产MTP助IOT低功耗设计
作者:张国斌

随着嵌入式处理器低功耗需求日益高涨,很多时候,不但要从工艺、处理器架构方面节省功耗,更要考虑从处理器所用到的嵌入式非易失性存储器(缩写是eNVM (embedded non-volatile memory嵌入式非易失性存储器))方面节省功耗,嵌入式非易失性存储器与我们熟悉的CPU的一二三级高速缓存类似,广泛用于各类芯片中,如几乎所有的SOC,MCU,driver 芯片都会用到,许多模拟芯片,数模混合芯片以及电源芯片也会用到。在这些芯片里,嵌入式非易失性存储器起着存储程序,数据,参数以及校准,加密等功能。区别于外挂式的非易失性存储器,使用嵌入式非易失性存储器具有低成本,高可靠性,低功耗,易于集成等优势。

嵌入式非易失性的种类有嵌入式OTP,嵌入式MTP(多次可编程),嵌入式Flash 和嵌入式EEPROM。嵌入式OTP 的特点在于仅支持一次编程,不可反复编程。其优点在于成本低,且易于与现有制造工艺兼容。在嵌入式OTP 领域,主要的供应商有台湾的eMemory等,eMemory是台湾的上市公司,该公司在过去的三年中,年复合增长率为10%。

嵌入式Flash 的特点在于支持10万次以上的编程次数。其优点在于提升客户应用弹性,但缺点在于制造成本高,且与现有制造工艺不兼容,需单独开发,而且开发成本高,难度大。在嵌入式Flash 领域,主要的供应商有美国的Microchip,Cypress。其中,Microchip 于2010 年以2.73亿美元收购SST,获得嵌入式非易失性存储器的技术。

嵌入式EEPROM 市场与嵌入式Flash 市场重叠性较高,目前市场以逐渐萎缩。

嵌入式MTP 技术特点在于支持1000次以上的编程。其优点在于1. 满足客户多次编程的需求;2. 与现有工艺兼容性高,无需额外开发工艺;3. 制造成本低。

实际上,MTP技术是一件非常具有挑战性技术,工艺成本接近OTP,性能接近eFlash。今年MTP技术被市场广泛认可和应用,市场应用每年增长超过30%,嵌入式MTP 技术的主要供应商有ACTT,台湾的eMemory和YMC。

锐成芯微的MTP(注册商标LogicFlash)技术是由Dr. Wing Leung于2007年研发。Dr. Wing Leung是硅谷的一位富有传奇色彩的人物。Dr. Leung于1985年博士毕业于伯克利大学,有着丰富的研发经验,當他和朋友共同成立MoSyS 並擔任CTO時,带领研发团队研发了 1T-SRAM,尺寸只有传统6T-SRAM 一半,速度却大幅超越 eDRAM的创新产品。秉着不断创新的精神,他离开Mosys后创立了CMT,并研发出MTP(LogicFlash®)技术。

LogicFlash® 的优势有:一、可靠性高,这是由于采用了高可靠性的2T1C 架构。二,读写速度快,尤其是写的速度,可以达到10us,是业界最快速度,极大地降低了客户的测试成本。

“MTP 技术是一种嵌入式非挥发性存储器技术,这个技术有点接近于eflash 技术,但通常的eflash 需要额外的工序,制造价格不菲。而MTP 技术建构于标准的CMOS 技术,无需增加额外工序,制造成本低廉,在某些应用上已取代eflash 技术,受到客户的青睐。MTP 技术主要应用于MCU,智能电源(USB Type C,无线充电,快速充电等),RF SOC 等。”锐成芯微CEO向建军强调。

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MTP应用案例

据悉,目前锐成芯微的LogicFlash®业务快速增长,ACTT MTP IP 已在7家代工厂,14个工艺线上验证成功,工艺线覆盖0.18um-55nm logic, 0.18um-0.13um BCD, 0.13um、80nm、40nm HV。IP 容量覆盖512bit -1Mbit。擦写次数达到100K,数据保存能力达到125度10年,读速度可达40MHz,写速度可达10us/byte。“对比eflash IP,ACTT 的LogicFlash IP 无需增加额外光罩,wafer 价格低廉,为低于1Mbit 容量的eNVM IP 需求提供低成本,高可靠性的IP 解决方案。ACTT MTP IP 已应用于MCU, RF SOC,智能电源(Type C,快充,无线充电),传感器等领域,为芯片设计厂家提供专业的支持服务。”向建军指出。“同时,我们也加强了客户支持力度,原有的客户对我们的支持非常满意,新项目上优先考虑使用我们的IP。而且,新客户也越来越多,中国大陆和台湾地区这两个区域的客户增长非常快。”。

MTP应用案例

1、目前美国某芯片设计公司,使用ACTT MTP IP的技术方案,应用在其Type C 产品系列中,由于性价比高,受到市场欢迎。

2、深圳某芯片设计公司,使用ACTT MTP IP的技术方案,应用于马达驱动等领域。由于ACTT MTP IP 与BCD 工艺的无缝结合,并且具有非常好的耐高温特性,该公司产品在无人机等领域取得市场领先地位。

3、日本某汽车零部件公司芯片设计部门,使用ACTT MTP IP 的技术方案,用于汽车发动机领域。ACTT MTP IP 已连续多年通过该公司极度严苛的汽车电子产品验证。

4、台湾某芯片设计公司,使用ACTT MTP IP 的技术方案,用于汽车的触控IC 产品,并导入量产。

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MTP擅长领域

我们都知道嵌入式非易失性存储器是各种嵌入式处理器、MCU和SoC的重要组成部分,嵌入式非易失性存储器一定要与CMOS工艺兼容,在不增加复杂的工艺步骤的基础上,实现大容量的片上集成,从而提高其性价比。“随着IOT 的到来,越来越多的东西有智能化需求,而智能化离不开eNVM。我们的MTP 技术顺应时代潮流,市场前景广阔。”向建军表示,“可以看看它的指标,与CMOS 工艺兼容,无额外光罩,擦写次数可达100K,读速度可达40MHz,写速度可达10us/byte,读功耗可达100uA/MHz,写功耗低于10mA。可见MTP技术很适合小容量低功耗领域特别有优势,可以应用在新兴的无线充电SOC里。”

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他介绍说,MTP 技术的技术难点主要是:一、MTP 技术需要串起工艺,器件,设计,版图,测试,还有产品使用等多项技术,懂这方面技术方面的人才非常稀少;二、MTP 技术需要平衡成本和可靠性,想要做好,并非一朝一夕之功,需要漫长的技术积累。

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向建军表示锐成芯微的MTP的优势是一是可靠性高,这是因为他们采用了高可靠性的2T1C 架构。二是他们的MTP 读写速度快,尤其是写速度,可以达到10us,是业界最快速度,极大地降低了客户的测试成本。

对于未来布局,他透露:因为看好智能电源市场以及MCU 市场,未来会进一步将产品线拓展到超低功耗领域。

“一般BCD 平台比较少有eflash 方案,而电源产品基本都用BCD 工艺,而MTP 比较容易和BCD 集成,另外,HV 工艺上面也没有eflash 方案,我们的IP 也可以用于HV 工艺,主要针对LCD driver, LED driver, AMOLED driver另外,eflash 在logic 工艺上要额外增加层次,不同foundry 增加的不一样,但是eflash 肯定比logic 价格高不少,但我们是Logic 兼容的,不需要增加layer,wafer 成本不用增加。”一位锐成芯微的工程师详细比较了MTP和eflash 的特点。

据向建军介绍,目前MTP已经获得很多国际IC设计大厂和本土IC设计公司青睐,希望这个好技术可以被更多的中国IC设计公司认识和认可。

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