Automotive-MCU mit 24 MByte Embedded Flash

| Redakteur: Michael Eckstein

Verteilt: Renesas integriert sechs Blöcke à 4 MByte robusten SG-MONOS-Flash in seine Automotive-MCUs.
Verteilt: Renesas integriert sechs Blöcke à 4 MByte robusten SG-MONOS-Flash in seine Automotive-MCUs. (Bild: Renesas)

Renesas hat den nach eigenen Angaben größten und schnellsten Embedded-Flash-Speicher für MCUs vorgestellt. Er hat einige Besonderheiten zu bieten.

Halbleiterhersteller Renesas entwickelt eine neue Embedded-Flash-Speichertechnologie, die nach eigenen Angaben primär in Mikrocontrollern (MCU) für den Automobilsektor zum Einsatz kommen soll. Neben größerer Kapazität soll sie vor allem höhere Lesegeschwindigkeiten und Software-Updates per Funk (Over the Air, OTA) unterstützen. Aktuell sind laut Renesas bis zu 24 MByte Kapazität und 240 MHz Zugriffsfrequenz möglich – damit proklamiert der Hersteller derzeit das blaue Band des schnellsten und größten Embedded-Flash-Speichers für MCUs für sich. Einen Testchip hat Renesas auf dem „2019 Symposia on VLSI Technology and Circuits“ in Kyoto vorgestellt.

Renesas nutzt die SG-MONOS-Technologie (Split-Gate Metal-Oxide Nitride Oxide Silicon) für seine Flash-Speicher und hat diese in seinen „High-k Metal Gate“-(HKMG-)CMOS-Prozess mit 28 nm Strukturbreite integriert. Dadurch kann das Unternehmen die Flash-Zellen samt Speicherlogik direkt in seine MCUs einbetten.

Moderne Anwendungen erfordern viel Speicherkapazität

Autonomes Fahren, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und komplexe Steuerungen für Elektroantriebe in Fahrzeugen lassen die Nachfrage nach mehr Kapazität von integrierten Flash-Speichern in MCUs emporschnellen. Schließlich würden die Programme immer größer, berichtet Renesas, und auch die oft geforderte OTA-Funktionalität verlange nach mehr Kapazität. Hinzu käme, dass auch die Ansprüche an die Geschwindigkeit schnell steigen, etwa aufgrund von geforderter Echtzeit-Performance zum Sicherstellen funktionaler Sicherheit. Daher seien vor allem schnellere Lesezugriffe aus dem Flash-Speicher stark nachgefragt.

Als dritte wichtige Anforderung nennt Renesas eine robuste Funktion von Embedded-Flash. Schließlich müsse dieser auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen zuverlässig funktionieren. Mit seinem neuen, für den erweiterten Temperaturbereich von -40 °C bis 170 °C spezifizierten Speicher reagiert Renesas auf diese Anforderungen.

24 MB On-Chip-Flash-Speicher

Der neue Speicher basiert auf der SG-MONOS-Technologie. Die Speicherzellengröße der hier entwickelten 28nm-Generation werde um mehr als 15 Prozent reduziert, von den bisher 0,053 µm² auf weniger als 0,045 µm². Bei gleichem Platzbedarf können somit deutlich mehr Zellen integriert werden – aktuell bis zu 24 MByte. Im vorgestellten Testchip hat Renesas zusätzlich 1 MByte Flash-Speicher zum Beispiel für Parameter integriert.

„Word Line Division“ ist eine effektive Methode zum Erhöhen der Geschwindigkeit von Lesezugriffen im eingebetteten Flash-Speicher. Sie erhöht jedoch die Anzahl der Wortleitungstreiber und verursacht eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit durch den zeitabhängigen dielektrischen Durchschlag (TDDB) der in diesen Treibern enthaltenen Transistoren. Erhöhte Ableitströme führen zudem zu Spannungsabfällen der Wortleitungen. Renesas hat diese Probleme nach eigenen Angaben mithilfe von verteilten Wortleitungstreibern zur Stressreduzierung gelöst. Der Testchip erreicht 240 MHz Hochgeschwindigkeits-Random Access, den branchenweit höchsten in einem Testchip, über einen weiten Temperaturbereich (Verbindungstemperaturen) verifiziert.

Schreibstrom wird über die Laufzeit angepasst

Renesas hat Verfahren implementiert, das den Schreibstroms, der zum Programmieren jeder Speicherzelle des Flash-Speichers dient, über die Betriebsdauer des Speichers gezielt anpasst. Dadurch konnte der Hersteller nach eigenen Angaben die Spitzenstromaufnahme um 55 Prozent reduzieren, ohne den Durchsatz im Vergleich zu früheren Renesas-Chips zu verringern. Dadurch werde „der nachteilige Einfluss von Versorgungsspannungsrauschen auf die MCU selbst während des OTA-Betriebs bei laufendem Fahrzeug unterdrückt“.

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