大規模物聯網將蓬勃發展

根據Ericsson在2020年6月發布的移動設備市場報告指出，包括NB-IoT和Cat-M在內的大規模物聯網 (Massive IoT) 將持續部署到全球各地。但由于新冠肺炎阻礙了運輸，使得滲透率低于我們的預期，大部分物聯網應用仍經由2G或3G技術連接。2019年大規模物聯網應用的數量估計增長了兩倍，到2020年底將達到約1億部。

正如Ericsson預估，到2025年底，NB-IoT和Cat-M將占所有行動網絡IoT設備的52%。亞洲區將是成長最快的市場，該地區的設備數量將在2026年之前提升到所有出貨量的67%。

對3GPP標準進程來說，無論是NB-IoT或Cat-M，Release 15都強化了穩定性和應用領域。已于2020年7月3日凍結的Release 16將進一步提高網絡效率，并將目前的NB-IoT部署在5G環境中運行。未來，Release 17將擴展帶寬聚合和更低延遲的規格，繼續開發及探索潛在應用，以帶動5G NR基礎的行動網絡物聯網的普及率。

半導體廠商針對物聯網采取的行動

對于物聯網應用，為了在市場上獲得廣泛采用，必須滿足各種設計考慮因素，例如低成本、低功耗和運算效率。尤其，對于電池供電的設備 (例如智能喇叭和智能電表) 而言，除了豐富的物聯網功能和易于使用的人機接口，電池壽命也成為產品成功與否的關鍵，因此低功耗因素變得越來越重要。為了實現較長的電池壽命，除了使用低功耗MCU，還應考慮其他低功耗的周邊組件。

圖1：移動設備系統架構圖

許多移動設備采用圖1中的相似的架構，這類的方塊圖適用于平板電腦或智能手表中。Wi-Fi/BT和行動網絡模塊負責通訊。傳感器 (如觸摸面板) 專用于收集外部信息，并將信息轉寄給應用處理器。NOR/NAND負責儲存程序代碼/數據，而DRAM則用于暫時性的處理。

為此，許多MCU供貨商正在開發效能更高、功耗更低的新一代MCU，以滿足市場需求。但從整體系統設計的角度來看，與MCU搭配使用的DRAM也需要新的選擇，以提供比現有SDRAM、低功耗SDRAM和CRAM/PSRAM更佳的優勢。這些DRAM標準定義過于陳舊，已無法跟上表1所列出的最新技術。

表1：DRAM標準及其對應邏輯處理節點

支持HyperBus接口的HyperRAM是能滿足此一需求的最新技術解決方案。HyperBus技術由Cypress于2014年首次發布，后來于2015年推出其首款HyperRAM產品。考慮到市場需求，華邦電子決定加入HyperRAM陣營，并推出32Mb/64Mb/128Mb容量的產品。

HyperRAM 使用優勢

HyperRAM僅具備13個訊號IO腳位，可大大簡化PCB的布局設計。這也意味著，在設計最終產品時，它能讓MCU將更多腳位用于其他目的，或減少MCU使用腳位，以提升成本效益。如圖2所示，與類似的DRAM (如低功耗DRAM、SDRAM和CRAM/PSRAM) 相比，HyperRAM只需最少的腳位數便能實現近似的處理量 (333MB/s)。

圖2：IO腳位比較

簡化控制接口是HyperRAM的另一項技術特色，PSRAM只有9個控制接口，而LPSDRAM有18個。控制接口越少，DRAM控制器所需的復雜度就越低。詳細區別可參閱圖3。

HyperRAM系以PSRAM架構為基礎，是能夠自我更新的RAM。而且，它可以自動恢復為待機模式。因此，系統內存更易于使用，固件和驅動程序的開發也會更簡單。

圖3：LPSDR和HyperRAM的控制接口比較

HYPERRAM有以下特性

超低功耗：華邦的混合睡眠模式（HSM）可使設備待機功耗降低至35μW，而運行功率不到PSRAM產品的一半。

設計簡易：與PSRAM配備31個訊號腳數相比，HYPERRAM僅有13個訊號腳數，這極大簡化了產品設計和生產的過程。

節省空間：低腳數的封裝與較少的主機控制器接口能夠減少內存系統電路板的占用空間，從而節省像是智慧手表等消費類設備的空間。

物聯網設備的關鍵

功耗對于物聯網設備至關重要，因為設備大多由電池供電。降低功耗不僅可以節省用電，還可以減少充電和更換的成本。以華邦的64Mb HyperRAM為例，其待機耗電量為90uW (1.8V下)，而相同容量的SDRAM的耗電量則是2000uW (3.3V下)。更重要的是，HyperRAM在混合睡眠模式下的耗電量僅45uW (1.8V下)，與SDRAM在待機模式下的耗電量有明顯差異(表2)。另一方面，即使采用低功耗的SDRAM，其耗電量和外形尺寸仍較HyperRAM更大。

表2：耗電量比較

HyperRAM 生態系統的新生力軍

傳統的SDRAM和PSRAM已發展成熟，難以對新興的IoT應用進行優化。有鑒于汽車和工業應用的長期供應需求，華邦HyperRAM的先進制程可滿足客戶的長壽命產品生命周期。

從整個系統設計和產品壽命的觀點來看，HyperRAM已成為新興IoT設備的理想選擇。除了Cypress，包括像是NXP、Renesas、ST和TI等領先的MCU 公司已開始提供支持HyperBusTM接口的MCU，其新產品未來亦將繼續為其提供支持。

同時，其控制接口開發平臺已準備就緒。Cadence和Synopsys也已開始提供HyperRAM記憶體驗證IP，可加快IC廠商的設計周期。因此，與其他Octal RAM相比，HyperRAM具有最成熟的應用環境。HyperRAM已被納入JEDEC標準，成為與JEDEC xSPI兼容的技術。

目前，華邦HyperRAM產品系列的32Mb、64Mb和128Mb已進入量產。同時已開始提供24BGA (汽車級)、49BGA、WLCSP和KGD的產品。24BGA的尺寸為6x8 mm2，而49BGA的尺寸僅為4x4 mm2，主要針對消費型穿戴式設備市場。華邦擁有超過20年的DRAM生產經驗。展望未來，華邦將繼續提供最優質的產品，以滿足客戶的需求。

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