高性能SPI NOR Flash未来的应用前景与挑战

第八届EEVIA年度ICT媒体论坛系列精彩分享就要接近尾声，我们已分别为大家呈上了ADI、ams、赛灵思、英飞凌的精彩演讲，今天，隆重为大家带来兆易创新的SPI NOR Flash系列，看兆易如何将速度从“牛车”加速到“战斗机”，做到以快致胜！

随着联网设备的不断增加以及传感器的大规模部署，在毕马威（KPMG）联合全球半导体联盟（GSA）最新发布的半导体行业趋势与展望报告中，物联网首次超越无线通信成为推进芯片产业发展的第一驱动力。万物互联将创造出越来越多的商业机遇，各行各业都对其充满期待，NOR Flash这个“大存储”产业链中的“小市场”也不例外。

近日，在由EEVIA举办的第八届年度中国电子ICT媒体论坛暨2019产业和技术展望研讨会上，兆易创新存储事业部资深产品市场总监陈晖（Mike Chen）根据自己长期在硅谷从事研发及市场开发的一线经验和负责兆易创新NOR Flash产品定义与规划的市场观察，与到场媒体以及专业观众分享了SPI技术标准的发展历程，并详细阐述了高性能SPI NOR Flash未来的应用前景与挑战。

速度从“牛车”到“战斗机”

xSPI标准助推NOR Flash性能起飞

物联网部署的快速推进随之产生的是海量的数据信息，大容量高性能NOR Flash可以用来存储代码及部分数据，具备随机存储、可靠性强、读取速度快、可执行代码等特性，在自动驾驶、5G以及人工智能等各大新势能应用的驱动与接口技术不断升级换代的助力下，NOR Flash再次聚焦于市场镁光灯之下，被认为是万物互联时代物联网设备代码存储应用的首选。“从2004年开始推广SPI NOR Flash起， 2018年整个市场出货量已超过60亿颗，基本上地球上每人都可以分到一颗。”陈晖用一组数据说明了这一趋势。

SPI（串行外围接口）是一种高速、全双工、同步的通信总线，由于其指令协议简单，信号引脚小，体积小等特性，越来越多的NOR Flash芯片集成了这种通信协议，并在许多领域取得了十分广泛的应用。回顾SPI接口技术发展历史，尽管早在上个世纪80年代就已推出，真正开始有商业用途出现却是在2000年左右，单通道SPI读取数据的频率约为20MHz，数据吞吐量为2.5MB/s，用交通工具作类比基本相当于牛车。

经过十多年的发展，通道数越来越多，数据读取频率越来越高，数据吞吐量也越来越大，JEDEC最新发布的xSPI电气接口标准对总线事务、命令和大量内部功能进行了标准化，八通道JEDEC xSPI带DTR数据读取频率高达200MHz，数据吞吐量高达400MB/s，堪称战斗机级的数据传输速率。同时考虑到客户对其导入时间与成本有所顾虑，兆易创新将四通道带DTR接口的数据读取频率提升到200MHz，数据吞吐量也可以高达200MB/s，相当于一辆极速奔驰的F1赛车了。

“JEDEC xSPI规范由各大主要NOR Flash厂商联合制定，旨在保证行业各厂商的产品在使用时的兼容性，同时满足‘即时启动’（instant-on）应用的需求，让位于SoC外部的NOR Flash保有其性能标准，结合高吞吐量这一性能，能够有效助力下一代产品实现全新应用和功能。”陈晖对NOR Flash的广阔应用前景充满了信心。

“以快制胜”

高性能NOR Flash如何灵活抢占市场？

新兴市场对产品的性能要求越来越高，对各种计算反应速度要求越来越快，在陈晖看来于高性能SPI NOR Flash而言是一大利好。在传统的电子系统设计中，系统上电启动后需要把NOR Flash中存储的系统代码全部传输到RAM中，随着系统功能的提升，代码容量急剧上升，如何在最短时间内把系统代码从Flash传输到RAM中从而缩短系统启动时间，是对SPI NOR Flash读取性能的一个挑战。在车载应用中，未来汽车超大显示屏还需要把大量的图形数据传输到RAM中。汽车启动后，高分辨率显示屏需要立即显示出仪表盘、导航地图，以及可支持ADAS的后视摄像机画面等， 符合xSPI规范的8通道SPI NOR Flash即时启动的特性可以将整个过程缩短到1s以内，对不满于当前汽车启动时ADAS系统缓慢上电反应的绝大部分消费者而言，这是一个很关键的指标。

此外，随着芯片工艺和技术的进一步优化，在未来，高性能SPI NOR Flash不但可对现有使用传统NOR Flash的产品进行升级换代，还将触及NAND Flash的大容量存储芯片市场，并拓展至人工智能领域。AI运算需要频繁调用存储于Flash内的算法及数据库，提高Flash接口的数据吞吐量才能保证AI运算的快速、高效。系统启动后，高性能SPI NOR Flash能够保证代码、算法以及数据库在最短的时间内完成读取，并在整个使用过程中保持实时响应。

IoT应用则由于受到系统成本以及设计尺寸的限制，通常会减小或者去除DRAM，主芯片需要从Flash直接读取系统代码完成芯片内执行（XIP，eXecute In Place），不必再把代码读到系统RAM中，这也是为何NOR Flash被认为是物联网设备代码存储应用的首选的重要原因。“借助于兆易创新新一代高性能SPI NOR Flash高数据吞吐量，快速调用读取代码、数据与算法，使得每个物联网终端设备及时响应，才能够保证整个生态系统的欣欣向荣。”陈晖强调道。

立足中国辐射全球

NOR Flash市场再树兆易创新的标杆

展望未来，高性能SPI NOR Flash在万物互联的新时代有着无限的可能。兆易创新成立于2005年，经过十几年的发展，凭借卓越的创新精神，已占据了全球NOR Flash市场领域8%的份额，全球排名第五。同时，兆易创新也是全球排名第三、国内位居第一的SPI NOR Flash供应商，据陈晖透露，仅在去年，兆易创新的NOR Flash出货便接近20亿颗，累计出货量更是高达100亿颗。

不久前，兆易创新正式宣布其GD25全系列SPI NOR Flash产品已完成AEC-Q100认证，是目前唯一的全国产化车规闪存产品，可为汽车前装市场以及需要车规级产品的特定应用提供高性能和高可靠性的闪存解决方案。

“兆易不光是为了追求在车载电子领域的营收，更多的是希望把应用于车载电子的NOR Flash产品作为一个标杆，展示我们先进的工艺水平、研发实力与产品高性能和高可靠性标准，与此同时，促进兆易创新本身资质的持续提升，与人们对兆易创新产品认知水平的提升，这是一个互相促进的过程。”陈晖评价道。

事实上，在陈晖看来，中国市场机动灵活的特点使得各种项目启动十分迅速，兆易创新立足于中国市场，能够很好的协助本土客户在不同领域更快的开发出更好的产品。据了解，兆易创新丰富的SPI NOR Flash产品线提供了从512Kb至1Gb的系列产品，涵盖了NOR Flash市场的全部容量类型，电压涵盖1.8V、2.5V、3.3V以及宽电压产品，针对不同应用市场需求分别提供高性能、低功耗、低成本、高可靠性等几个系列，产品采用领先的工艺技术节点和优化的设计，性能、成本、可靠性等在各个应用领域都具有显著优势。此外，兆易创新采用Fabless的生产模式，可以充分利用国内完整的半导体产业链，从而把主要精力集中于芯片的设计和开发，确保在激烈的市场竞争中能够快速调整、快速发展。

“虽然产品研发及生产是在中国，但兆易创新同时拥有大量国际化客户，这些客户的研发、体系和机构设置在中国以外地区。因此，兆易创新也逐步在美国、欧洲等全球各地开设了相应的办事处以及分支机构，通过定期与国际主芯片原厂及客户积极沟通，直接了解其需求，共同探讨下一代产品开发，抢夺高性能SPI NOR Flash市场先机。”陈晖强调道。