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在 IEDM 2021 上宣布：确认在 16 nm FinFET 逻辑工艺嵌入式 STT-MRAM 测试芯片上降低功耗并提高写入操作速度

12月14日——瑞萨电子公司 (TSE:6723) 是先进半导体解决方案的主要供应商，今天宣布开发两种技术，可减少自旋转移矩磁性随机存取存储器 (STT-MRAM) 写入操作的能量和电压施加时间，以下简称 MRAM）。在 16 纳米 FinFET 逻辑工艺中嵌入 MRAM 存储单元阵列的 20 兆位 (Mbit) 测试芯片上，写入能量减少了 72%，电压施加时间减少了 50%。新技术有： 1）采用斜坡脉冲应用的自终止写入方案，根据每个存储单元的写入特性自动自适应终止写入脉冲；2) 用于优化位数的写入序列，同时向其施加写入电压。结合，

嵌入式STT-MRAM芯片照片

瑞萨电子于 12 月 13 日在 12 月 11 日至 15 日在旧金山举行的 2021 年 IEEE 国际电子器件会议 (IEDM) 上展示了这些成就。

近年来，随着物联网技术的加速普及，对降低端点设备中使用的微控制器单元 (MCU) 的功耗有着强烈的需求。与闪存相比，MRAM 用于写入操作所需的能量更少，因此特别适合数据更新频繁的应用程序。然而，随着 MCU 对数据处理能力的需求激增，改善性能和功耗之间的权衡的需求也在增加。因此，进一步降低功耗仍然是一个紧迫的问题。

下文描述了满足这一需求的新 MRAM 写入技术。

1. 使用斜率脉冲的自终止写入方案

二进制数据通过使用磁隧道结 (MTJ) 器件的高阻态 (HRS) 和低阻态 (LRS) 分别表示值 1 和 0 来存储在 MRAM 中。之前，已经提出了一种自终止写入方案来减少写入能量和电压施加时间，通过在固定写入电压施加期间通过监视存储单元电流来检测写入完成，并且自动停止写入电压的施加。然而，与诸如存储单元特性的变化和比较器电路检测写入完成的检测精度等因素相关的问题阻碍了稳定且一致的写入完成检测的成功实现。

为了解决这些问题，在传统的自终止写入中，MTJ 从 HRS 变为 LRS 的写入操作期间不施加固定电压，而是采用了随时间逐渐上升的斜率电压。这使得可以稳定且一致地检测写入完成。即使由于存储单元特性的变化和其他因素，存储单元电流在状态转变之后没有立即达到检测器电路的检测电平，随后写入电压的逐渐上升也会增加存储单元电流。这最终会超过检测电平，从而能够检测到写入完成并停止施加写入电压。

在状态转变为相反方向的写入操作期间，从LRS到HRS，存储单元电流从大电流变为小电流，因此使用斜率电压脉冲的写入完成检测是不可能的。因此，采用电流源电路以倾斜的方式增加写入电流，通过电压检测电路监测写入电压，判断是否超过预设判断电压来检测写入完成。

2. 同时写位数优化技术

以前，MRAM 写入电压是根据存储单元特性变化中最差的位写入特性来确定的。这意味着需要高写入电压，并使用电荷泵电路来产生它。为了减少电荷泵电路的面积和功耗，例如将MRAM宏的写入单元分成四组或更多组，依次施加每个写入脉冲。然而，这增加了分区数的写入电压施加时间。

为了解决这个问题，瑞萨专注于通过允许高达 10% 的写入失败位来大幅降低写入电压这一事实。首先，通过降压转换器电路使用从MCU的IO电压产生的低写入电压，同时向写入单元中的所有位施加写入电压。在这一步中，使用上一节中描述的带有斜坡脉冲的自终止写入方案，根据各个位的写入特性执行自终止写入操作。接着，利用电荷泵电路产生的高写入电压对剩余的10%的位执行写入操作。由于采用这种技术，写入电压的施加分两个阶段完成，与将写入单元分成四组或更多组的传统方法相比，整体写入电压施加时间可减少50%或更多。此外，对于绝大多数位而言，该技术在写操作时不需要耗电的电荷泵，而是使用降压转换器从外部电源电压获得的写电压。这有效地减少了写入能量的消耗。

在采用 16 nm FinFET 逻辑工艺的 20 Mbit 嵌入式 MRAM 存储单元阵列测试芯片上进行的测量中，证实上述两种技术的组合可将写入能量降低 72%，并将写入脉冲应用时间缩短 50%。

瑞萨不断开发增量技术，旨在将嵌入式 MRAM 技术应用到 MCU 产品中。展望未来，瑞萨将努力进一步提高容量、速度和电源效率，以适应一系列新应用。

关于瑞萨电子公司

瑞萨电子公司（东京证券交易所股票代码：6723）通过完整的半导体解决方案提供值得信赖的嵌入式设计创新，使数十亿连接的智能设备能够改善人们的工作和生活方式。作为微控制器、模拟、电源和 SoC 产品的全球领导者，瑞萨电子为广泛的汽车、工业、基础设施和物联网应用提供全面的解决方案，帮助塑造无限的未来。在renesas.com 上了解更多信息。在LinkedIn、Facebook、Twitter、YouTube和Instagram 上关注我们。

12月12-13日，2021家电科技学术年会在山东省青岛市成功召开。国民技术受邀与业内专家围绕智能、安全、健康、绿色等主题共同研讨，以期达成行业共识，共同推动家电行业健康发展。

学术年会现场，国民技术行业高级总监陈典帅进行了《用“芯”打造智慧生活

国民技术N32 MCU家族为家电能效与安全赋能添彩》主题演讲。一直以来，国民技术致力于促进家电产品实现智能化升级，推出的通用MCU系列产品和优秀的解决方案帮助客户实现更高集成、更低功耗、更高性能的市场需求，获得了行业的一致认可。

技术优势助力家电能效

国民技术基于MCU高处理性能、丰富的模拟外设等优势，在家电领域持续提供行业领先的电机进阶控制算法与技术，如电机参数自识别、高频注入、高性能无感算法、高效的多电机控制算法，可全面支持有刷直流、步进、直流无刷、永磁同步、交流感应等多种类型电机，为家居家电提供高能效的应用解决方案。

全面保障智能家电信息安全

随着物联网时代智能家电的普及，人们对信息安全有更高的需求。国民技术为智能家电领域提供多个系列的高等级安全芯片和具有硬件密码加速引擎的通用MCU产品，有效保障用户的数据和身份信息安全，在智能家电及智能家庭物联网终端场景有着广泛应用。

作为中国通用MCU和安全芯片领军企业，国民技术将不断推动产品研发与客户需求紧密结合，构建领先的解决方案能力，以优质多样的技术服务帮助客户快速实现新产品项目落地，助力客户商业成功。

Coway科唯怡将在CES 2022上展示其通过环保家电创新实现更美好生活的愿景

“最佳生活解决方案公司”Coway Co., Ltd.（科唯怡）今天宣布，将在2022年1月的国际消费类电子产品展（简称“CES”）上展示其最新的环保家电创新。Coway诚邀CES 2022的观众莅临美国拉斯维加斯Venetian Expo的52509号展位参观。

由美国消费者技术协会（Consumer Technology Association）主办的CES是世界上最具影响力的年度科技贸易展之一，参展商在展会上向公众展示他们的最新创新成果。

在“We innovate for your better life”（我们为您的美好生活而创新）的主题下，Coway科唯怡将分享其对未来家庭的愿景，以及下一代技术如何为人们的日常生活带来更多便利。为了让人们了解未来的家庭科技，Coway科唯怡将展示其创新的净水器、空气净化器和睡眠产品，提升人们的生活质量。

展览将包含四个主要展区：“Smart Sleep Solution”（智能睡眠解决方案）、“Noble”、“Icon”和“Airmega”。每个展区都将展示Coway的创新技术如何重新定义床垫、净水器、空气净化器和坐便器。

Coway科唯怡的一位高管表示：“我们很荣幸将我们最新的智能家居创新产品带到CES 2022。这些产品源于我们32年来积累的水、空气和设计专业知识。我们希望这些能让人们了解Coway科唯怡的生活解决方案在塑造未来日常生活方面的潜力。”

Coway科唯怡于2006年首次参展CES。在推出智能窗户、机器人空气净化器、语音控制的空气净化器Airmega、衣物净化器以及水感应和洗碗机许多革命性的智能产品和服务之后，Coway科唯怡在技术和设计创新方面得到了认可。

Coway（科唯怡）简介

 “最佳生活解决方案公司”Coway于1989年在韩国成立， 是生活家电领域的领军企业，致力于以创新家用电器（如净水器，空气净化器，智能坐便盖）等产品使人们的生活更加健康舒适。自成立以来，Coway凭借着深入的研究、设计、开发以及客户服务，使其能够30余年保持业界佼佼者的地位。公司一直致力于创新，拥有屡获殊荣的产品、家庭健康专业知识、无可匹敌的市场份额、客户满意度和品牌知名度。在韩国取得成功的基础上，Coway不断创新，通过多元化的产品线加速推进在中国，马来西亚，美国，泰国，印度尼西亚，越南，日本和欧洲等地的海外业务。更多信息， 请访问 https://www.coway-china.com/

稿源：美通社

Kristof Beets，ImaginationTechnologies技术前瞻副总裁

你最后一次在电脑或游戏机上玩电子游戏是什么时候？如果它是最受欢迎的游戏之一，你可能已经注意到其图形是多么的逼真。今天，最尖端的PC 和游戏机中的图形正接近我们在电影中看到的真实图片。

在创建照片级真实感实时计算机生成图形时，最重要的元素之一是场景的照明。模拟真实的灯光和阴影时，传统的3D图形渲染方法——光栅化——并不是最有效的技术。这是因为光栅化的工作原理是将虚拟多边形网格化为3D模型，然后将其分解为必须单独着色的像素，这一过程需要极其繁重的工作和计算资源，并且通常需要复杂的开发技术。

电影动画师早就知道这一点，是以他们使用光线追踪技术来创建全局照明、阴影和反射等效果。光线追踪是一种简单并准确地模拟光行为的方法，它可以使场景看起来更逼真，而且工作更少。这项技术更符合人眼看世界的原理，光通过环境中的物体产生反射，并基于物体的材质吸收/反射光线。

光线追踪可以实现更逼真的效果，开发人员可以使用它为游戏玩家创造更沉浸式的体验。同时，使用光线追踪比使用传统光栅更容易创建这些效果，因此开发人员可以腾出时间来处理游戏的其他方面工作。

然而，在游戏中使用光线追踪技术的缺点是，要获得真正的沉浸式体验，光线追踪必须实时完成。这意味着图像必须在几秒钟内渲染完成，这使得它在处理计算和资源方面成本昂贵。

如今，市场上的硬件可以在游戏主机和 PC 游戏中实现实时光线追踪效果，但它有选择地只用于照亮场景中最关键的对象，在某些情况下，开发者可以决定如何使用它。考虑到性能限制，开发者们可以决定是使用它生成反射还是阴影， 还是完全使用光线追踪——可以选择关闭以优化帧率。游戏性能是考虑的底线。

与前几代技术相比，目前带有光线追踪的硬件通过提供更多的光线追踪处理来提高性能，但它需要更大的芯片面积和更高的功耗。而当前在电源受限的设备中实现实时光线追踪极具挑战，因此这项技术尚未在移动游戏玩家的设备屏幕上大显身手。不过，据有关数据显示，移动游戏很快将占据全球游戏市场的52%（NewZoo, 2021年），移动游戏的体验成为未来发展不容忽视的方向。

移动设备中的图形

即便没有光线追踪技术的帮助，移动图形的质量仍在不断提高。随着图形变得越来越真实，使用传统技术生成图形的能力变得越来越复杂，这正将性能、带宽和功耗要求推到了移动处理器的极限。

阴影生成就是一个很好的例子。阴影生成传统上是通过级联阴影贴图（CSM, Cascaded shadow maps）完成的，这一过程需要大量的几何体处理、大量缓冲区的分配、高分辨率下多个渲染目标的处理以及昂贵的着色器操作。就处理周期、功耗和带宽而言，成本是巨大的。而且，在进行了所有这些操作之后，结果仍然不如使用光线追踪更容易，创建的结果那么真实。

使用光线追踪技术，光线从单个像素发送到光源，如果光线击中某个物体，该区域将处于阴影中。每像素一条光线使这成为一个简单、廉价和直接的过程，特别是在专用硬件到位的情况下。传统光栅化所遇到的许多分辨率问题、伪影和其他挑战（如避免浮动几何体所需的偏移）在光线追踪中并不存在。只要专用硬件能够高效实施，创建照明和阴影效果就是微不足道的挑战。

今天，这个行业正处于交叉点，使用阴影贴图和其他传统技术进行的近似操作正变得非常昂贵，而实时光线追踪正成为一种更高效的选择。此外，随着摩尔定律接近尾声，我们不能再依赖可编程硬件仍然每两年呈现指数级增长。因此，要继续加快光线追踪技术的推进，特别是电源有限的移动平台，业界必须寻求高效设计的固定功能加速器解决方案。

在移动设备中持续打造更好的图形关键在于硬件和开发人员优化技术效率。

光线追踪硬件现状

实时光线追踪技术长期以来一直是3D图形的圣杯。光线追踪可以以不同的性能和效率水平执行，为了阐明这一点，Imagination建立了光线追踪等级系统（RTLS），确定6级光线追踪，从0级到5级。最初的硬件加速光线追踪工作 - 我们称之为"0级"的RTLS等级，不是最佳的。这些解决方案的功能有限，需要定制硬件和应用程序编程接口（API）。当然，这些解决方案并不能吸引开发人员。然后，市场发展到"1级"解决方案，该解决方案使用基于传统GPU的软件技术。这些解决办法提供了更大的灵活性，但离理想状态还有很长的路要走。

我们今天在市场上看到的大多数光线追踪技术（例如用于 PC 和游戏机）就是我们所说的"2 级"RTLS 解决方案。该方案为光线追踪的最基本和最广泛的操作提供了专用硬件：针对三角形/盒的交集测试器。将此操作放在固定功能硬件中可以实现更高的能效，但对移动设备来说仍不够好。因为依旧会将多个级别的光线追踪处理运行在 GPU 上的shader，这些处理阶段对GPU的并行执行引擎并不友好。这还导致传统图形性能和算术逻辑单元 （ALU）管线效率降低，从而限制了总体吞吐量。

当今市场上最复杂的光线追踪解决方案位于3级。这些解决方案在专用硬件中实现更多的光线追踪功能，减轻了着色器的负担，提高了效率。在这个级别上，通过遍历边界体积层次结构（BVH）——光线追踪的主要数据结构，完整光线相交处理在专用硬件中实现。这提高了更复杂场景的光线追踪效率，并更好地转移光线追踪功能，减少了对传统图形性能的影响。

然而，这些解决方案仍然缺乏一个必要的组成部分，它使得光线追踪在移动设备成为可能：一致性排序。由于光线倾向于分散在许多不同的方向，如果一致性问题没有解决，通常GPU带来的诸多并行优势将丢失。这会导致较低的带宽利用率、复杂的数据访问模式以及着色器管线处理效率降低。虽然这些解决方案可能会声称实现超每秒千兆光线的处理能力，但它们的效率通常较低，与GPU 处理资源利用率低或内存访问限制有关，这是由于光线在整个场景中散射造成的非相干的内存访问模式造成的。

要在移动设备中实现实时光线追踪，关键在于效率，我们要利用 GPU固有的并行性，并开发优化硬件的智能算法。这需要更智能的硬件解决方案。

智能光线追踪硬件

业界必须超越3级硬件，才能在移动设备中实现实时光线追踪。在Imagination，我们已经为超过100亿台移动设备提供了3D图形技术。我们知道如何在高效的硬件中提供令人惊叹的图形。2016 年，Imagination 的光线追踪开发板已经比当今市场上的解决方案复杂得多。现在，我们为市场带来了4级RTLS光线追踪解决方案。

在4级解决方案中，边界体积层次（BVH）的光线遍历与3级一样在专用硬件中完成，更重要的是，光线相干性排序也是如此。在这个过程中，我们对同一个方向的光线进行分组，允许大批量的处理充分利用GPU的并行计算能力。

长期以来，我们一直利用GPU固有的并行性，采用基于分块的渲染等技术，通过空间布局性分块排序提高效率。今天，这是普遍接受的做法。现在，我们将同样的想法带到了光线追踪中。通过这种方式，我们提高了宽ALU的总体利用率，并显著提高了测试效率。对传统图形性能的影响微乎其微，因为我们几乎完全将光线追踪处理转移到专用硬件中，使着色器可用于其他非光线追踪的图形处理。

我们的4 级 RTLS 解决方案代表了当今最高级的光线追踪方案，并且很快将有采用该方案的设备上市。借助Imagination 4 级光线追踪 IP（IMG CXT GPU IP），公司可构建高达 9TFLOPS 的 FP32 光照性能和超过 7.2G光线/秒 的光线追踪性能，同时提供比 2 级和 3 级解决方案高达 2.5 倍的功耗效率。

当我们推出IMG CXT时，我们并没有止步不前。我们已经在演示如何使用5级光线追踪方案实现完全可编程的光线追踪技术。

开发人员优化技术

即使是最高效的硬件也需要技术辅助，以在移动平台上提供最佳的图形质量。 移动设备的优化更为重要，因为游戏机或PC在某种程度上承载了带宽和功耗预算可用性过大的问题。手机没有这种蛮力耐受性，任何东西都必须在微小的外形因素下工作，并基于微小电池提供的能量运行。手机的特点意味着硬件必须由游戏引擎高效驱动，以确保手机不会过热，降帧速率。这意味着，为移动设备创建硬件的关键之一是优化管理电池发热带来的影响。

我们告诉开发人员的第一件事是，少即优：不是场景的每个像素都需要光线追踪。我们建议开发人员使用他们的光线追踪预算，以达到最大的视觉冲击和游戏体验价值。同样，它太复杂了，无法对每一个三角形的光线进行测试。通过构建一个有效的层次结构，开发人员可以在确定要测试的三角形时提高硬件效率。构建最佳加速结构通常最好离线完成。

开发人员还应避免所有暴力算法。像软阴影这样的效果可以通过更智能的采样器模式实现，并结合空间过滤器，而不是每个像素发出许多光线。此外，大多数光线追踪效果可以以较低的分辨率呈现，例如，以四分之一分辨率进行处理，然后按比例放大。然后，可以使用图像的时间和空间特性，使用去噪减轻因稀疏采样带来的光线追踪噪声。其中许多阶段可以合并在一起，在传统GPU计算硬件上高效运行。它也可以利用专用的神经网络加速引擎，这些引擎几乎已经在每一部手机上已经存在。

开发人员还可以使用许多其他技术来优化移动设备，例如用于全局照明的动态探测器、应用程序编程接口（API）的谨慎使用等。归根结底，高效的光线追踪硬件与智能开发优化相结合将是实现移动设备实时光线追踪的关键。

移动设备游戏规则的变革者

光线追踪正在为新一代PC和游戏机实现更真实的图形掀起新的浪潮。这是有望引入移动设备的技术，借助全新的高效专用硬件和设计技术。这是真正的游戏规则变革者。它将把世界上最庞大的游戏玩家群体带向开发者，为移动设备制造商提供一种新的差异化方式，并实现全新的沉浸式移动用户体验。