極低功耗等優勢助推富士通FRAM在智能水/氣表中嶄露頭角

而在深圳最近舉辦的2015智能水/氣計量及管網執行力論壇（WATER&GAS METERING China2015）上，富士通半導體的展臺人頭攢動，業界對這一新型存儲技術的關注可見一斑，FRAM在電表領域的成功很快將延伸到一顆電池要用10-15年的水/氣表中，甚至有過之而無不及。

富士通半導體FRAM產品中國市場負責人、市場部高級經理蔡振宇進一步分析了個中因素：相比電表的智能化程度，水表/氣表的電子化和智能化還屬于剛剛起步，因此市場空間巨大，特別是為建設節水型社會，國家相關部門已明確提出用水要全面實施階梯收費，水表改造的推進實現將快速推動數據存儲等電子元件在水表/氣表中的應用；另外，人口紅利消失和勞動力成本不斷上升正推動遠程抄表系統的部署，水表/氣表的智能化程度必須也正在不斷提到，這也會帶動存儲器的應用，特別是讀寫壽命長、功耗極低有利于延長電池使用壽命的FRAM將有極大的用武之地。

富士通半導體作為此次論壇的重要贊助商，除了展出非常適合水表/氣表及工業應用的FRAM產品方案和演示板、最新的功率及信號繼電器產品系列之外，還在論壇上做了題為“富士通鐵電在流量計中的應用”的精彩演講，深入分析了FRAM相對EEPROM、Flash的優勢和應用案例。

顛覆對非易失性存儲器的認知

作為非易失性存儲器，FRAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統易失性存儲器的級別的高速寫入速度，讀寫周期是傳統非易失性存儲器的1/30,000，但讀寫耐久性卻是后者的1,000萬倍，達到了10萬億次，可實現高頻繁的數據紀錄 (實時的記錄)。

“相當于可以從唐朝寫到現在！”蔡振宇在演講中這樣形象地描述FRAM的讀寫耐久性，若按5ms一次讀寫頻率來計算，達到10萬億次花費的時間是1,585年。EEPROM只有100萬次讀寫壽命，若按此讀寫頻率，1個半小時就會報廢，更別說只有10萬次讀寫壽命的Flash了。另外，FRAM的數據保持時間也極長，在85℃環境下，可以達到至少10年。

讀寫頻率(ms) 達到10萬億次需要的時間
(FRAM) 達到100萬次需要的時間
(EEPROM)
500 158,500 年 五天
5 1585 年 一個半小時
0.03 10 年 -

“有人可能會提到，EEPROM/Flash可以分區來操作讀寫以提高壽命，即耗損均衡技術（wear leveling），”蔡振宇還分析道，“但這樣會對軟件的冗余度提出更多要求，并占用CPU（MCU）更多工作時間，因而會提升系統功耗，尤其不適合水表/氣表這種電池供電計量應用。而不需要wear leveling的FRAM可實現存儲器的小容量化，降低軟件的復雜化和漏洞(bug)混入的可能性，工程師犯錯的幾率也降低了，提升了整個系統的可靠性。”另外他提到，無論是電池供電還電路供電，采用FRAM后，斷電時即使需要數據寫入操作時也不需要大電容。

而談到器件功耗本身，FRAM又展現“傲嬌”的一面，EEPROM/Flash讀寫周期較長，擦寫時特別耗電，而FRAM讀寫周期短，因而功耗水平只有EEPROM的大約1/300、Flash的1/100,000。

“若水表/氣表沒有辦法從MCU的角度去降低功耗，可以再考慮轉換存儲器類型來幫助降低整個系統功耗。”蔡振宇給參加論壇的業內人士建議道。而且，如果使用EEPROM或Flash的話，若在長時間的數據寫入期間發生電源中斷，數據有丟失的危險，而FRAM不會有此風險，因而斷電時，即使需要數據寫入操作時，也不需要大電容。

在本次論壇的展區現場，富士通半導體通過拍攝圖片的方式現場演示了FRAM的高速讀寫和可靠保存數據的優勢，并通過接通一盞LED的亮度不同體現功耗的巨大差異。

另外，蔡振宇在演講時還特別強調，富士通半導體的FRAM與EEPROM封裝相同，引腳也完全兼容，功能方面也具有兼容性，各種接口通用（I2C、SPI 和并口），協議兼容，替代使用上沒有任何障礙。

流量計中的中、外應用實例

而FRAM的應用領域廣泛，富士通FRAM過去幾年在中國的智能卡、電力儀表（三相表和集中器）、工業控制、辦公設備、汽車音響導航儀器、游戲機、RFID、醫療器械及醫療電子標簽等等行業率先取得了可喜的成績，得到大批量應用。如下圖所示，富士通半導體的FRAM進入水、氣表市場領域已近兩年，那么進展情況如何呢？據蔡振宇介紹，雖說整體經濟環境比較疲軟，但并沒有阻止水表氣表的智能化進程，對FRAM需求增長平穩，富士通FRAM在這領域的營收增長達到了30%。

他進一步指出：“中國的水表氣表制造商/方案商集中在江浙滬、重慶等地，已有不少開始采用FRAM進行新產品的研發，而集中抄表模塊制造商、開發商在華南居多，他們對FRAM也產生了濃厚興趣，一些新項目研發已在開始采用FRAM。”

與電力儀表一樣，富士通FRAM正在成為水表/氣表及其集抄系統的最佳解決方案選擇。如下圖所示，在水表/氣表系統，從集中器到每家每戶的水表/氣表終端，都能夠看到FRAM的身影。在集中器中，FRAM用于儲存通信歷史數據，而在氣表應用中，FRAM用于儲存煤氣流量歷史數據，在水表應用中，FRAM用于儲存水流量歷史數據。

蔡振宇表示：“電池壽命問題是靠一個電池供電的水表/氣表的關鍵所在，里面的電池需要用到10-15年。而低功耗的富士通半導體FRAM本身功耗就相對很低，加上富士通FRAM的讀寫高速性能將大大縮短微處理器演算狀態,延長其待機狀態，因而能進一步延長電池壽命!”

如上圖所示，在相同的條件下（元件容量為16Kbit，功耗包括待機電流），采用EEPROM 耗電量高達500mAh，而采用FRAM的耗電量僅10mAh，后者僅為前者的1/50！

“FRAM在性能上的優勢是明顯的，不過存儲產品的質量也是客戶非常看重的另外一個因素。”蔡振宇最后總結道，“富士通半導體使用成熟技術生產FRAM的時間已經超過10年。我們從1999年開始量產，15年已經累計銷售達到25.8億片FRAM產品。高可靠性、完備一體的供貨系統、宏大的經營業務遠景是我們對客戶的承諾。”