Speichertechnologie Stromsparender Serial NOR Flash Speicher für Wearables

Autor / Redakteur: Heiko Arndt * / Holger Heller

Serial NOR-Flash von Macronix zielt auf Consumer-Wearables der nächsten Generation. Mit der MX25R-Serie steht ein Speicherumfang von 512 Kbit bis 64 Mbit sowie ein Ultra-Low-Power Modus bereit.

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Diese Auslegungen entsprechen den in dieser Hinsicht anspruchsvollen Consumer-Wearables der nächsten Generation im Internet der Dinge. Macronix' neue MX25R-Serie ("R" steht für Low Power und breiten Versorgungsspannungsbereich) unterstützt sowohl das Standard Serial NOR Flash Memory Interface, als auch marktübliche Standard 8-Pin-Layouts. Dies, und das sehr kompakte Die-Layout, führt zu sehr kleinen Gehäuseformen wie USON (Ultra Thin Small Outline No Lead), WSON (Very Very Thin Small Outline No Lead), WLCSP (Wafer Level Chip Scale Package), sowie für KGD- (Known Good Die) Lösungen mit Stacked SIPs (System in Package).

Die Marktaussichten für die Wearables, zunächst in Gestalt von smarten, sensorbestückten Armbändern und Ringen oder als Smart Watches mit Fitness- und Location-Tracker, versprechen als Subsegment der übergeordneten IoT-Kategorie an Systemen und Diensten kurzfristig starke jährliche Wachstumsraten (GAGR) von 78,4%. Bis 2018 soll das realisierbare Jahresvolumen für Wearables nach einem aktuellen Report des US-Marktforschers IDC eine Gesamtstückzahl von 112 Millionen überschreiten. Diese Marktdynamik hat Macronix zur Entwicklung neuer Produktlösungen für passende Speicherbausteine veranlasst, um seine bestehende Position als einer der führenden Anbieter von nichtflüchtigen Speicherlösungen weiter auszubauen.

“Im Hinblick auf diese Nachfragewelle für smarte Wearables spielen Designs mit geringer Leistungsaufnahme und kleinem Formfaktor die Schlüsselrolle, damit sie schnell an Popularität gewinnen können”, sagt Min-Cheng Lin, Deputy Director des Macronix Marketing Department. “Die nächste Generation von Speicherbausteinen wird sich somit in drei Richtungen entwickeln: mit standardisierten Schnittstellen für einfachen Datenimport, mit kleineren, leichteren und schlankeren Formfaktoren, sowie der Versorgung mit niedrigen Spannungen bei extrem geringem Energieverbrauch.”

Internet of Things und Wearables

Das Internet of Things (IoT) gilt im Moment, und besonders seit seiner dominanten Präsentation auf der Consumer Electronics Show 2015 (CES) in Las Vegas, als umfassende Perspektive zur weiträumigen interaktiven Vernetzung von Menschen und Dingen in einer künftigen Lebenswelt. Wenn IoT derzeit auch mehr als handlungsleitender Überbegriff zur Beschleunigung und Konsensbildung bei dessen schrittweiser Implementierung gesehen werden muss. Denn die Facetten des IoT, von der Vielfalt der konkurrierenden Prozessor-Plattformen und deren Betriebssystemen bis zu den zahlreichen unterschiedlichen Protokollen der Funkschnittstellen und Sicherheitsvorkehrungen, sind sowohl im Consumerbereich, wie in der industriellen Fertigung (Industrie 4.0) derzeit noch unübersehbar komplex.

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Serielles und paralleles NOR Flash

Nach aktuellen Marktdaten von iSuppli ist Macronix derzeit weltweit die Nummer 2 im NOR-Flash-Markt. Macronix fertigt zwei Familien von NOR-Flash-Produkten: Serial NOR Flash und Parallel NOR Flash. Die Serial NOR Flash Speicherfamilien MX25/66 von Macronix realisieren Speicherdichten von 512 Kb bis 1 Gb in den Industrie-Standard-Packages 8-Pin SOP (150 oder 200 mil) und 16-Pin SOP (300 mil), außerdem in einem breiten Bereich von dünnen und ultra-kompakten Gehäusen für raumkritische Applikationen. Dies erleichtert nicht nur das Hardware-System-Layout, sondern reduziert auch die Komplexität des System-Designs.

Die von Macronix verfügbare Parallel NOR Flash Familie MX29/68 bietet eine breite Produktlinie an Industrie-Standard Parallel Flash Speichern für 3, 1,8 und 5 V, mit Speicherdichten von 2 Mb bis 1 Gb. Diese Produkte bieten Boot- und Uniform-Sector-Architekturen, wählbar als x8-, x16- und x8/x16-Konfigurationen.

Macronix sieht dem entsprechend mehrere große, unterschiedlich definierte und voneinander abgesetzte Marktsegmente für IoT: Cloud-Services und Datencenter, Gateways für mobile Telefonie, Automobil-Konnektivität, Heim-Medienverbund und die unübersehbar vielen Consumer-Nodes, also die körpernah getragenen, ultrakompakten und sensorbestückten Endgeräte zur Datenerfassung und deren Weitergabe an ihre relativ nahen, per Funk angebundenen persönlichen Basisstationen wie Smartphones und Tablets.

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NAND-Flash

Macronix hat Anfang 2014 seine neue Single-Level Cell (SLC) NAND Flash Produktfamilie MX30/60 (36 nm) für eine Vielzahl unterschied-licher Applikationen mit hohen Anforderungen an Qualität und Zuver-lässigkeit vorgestellt. Mit Zielrichtung auf den Low-density NAND-Markt bietet Macronix aktuell SLC NAND-Bausteine mit Speicherdich-ten von 512 Mb bis 8 Gb in Industrie-Standard-Gehäusen und ent-sprechenden Eigenschaften.

Als derzeit interessanteste Märkte gelten die Wearables, weil sie große Consumermärkte ansprechen. Das zeigt sich auch an der Besetzung dieser Märkte durch die Zahl und Bedeutung der großen Halbleiterhersteller, die sich auf die Bereiche Wearables und Smart-Home ausrichten: NXP, Freescale, Qualcomm, TI, Sony, MTK, Intel, Infineon und andere. ARM als Lizenzgeber ist hier natürlich ebenfalls breit engagiert.

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Datenübersicht der Speicher für Wearables

1,7 bis 3,6 V Serial NOR (MX25R): 512Kb bis 64Mb

Package: 16-SOP?8-SOP?8-WSON?8-USON?WLCSP

64-Mb-Samples sind verfügbar.

1,8 V Serial NOR (MX25/66U): 512Kb bis 512Mb

Package: 2*3/ 4*3/ 4*4 USON?6*5/ 6*8 WSON?WLCSP?KGD

Lieferbar.

1,8 V NOR MCP

MX65U ( SPI-NOR + pSRAM) : 64Mb + 32Mb, 128Mb + 64Mb

MX69N ( AD-Mux PNOR + pSRAM): 64Mb + 32Mb

MX69V ( AD-MUX PNOR + pSRAM): 128Mb + 64Mb

Package: 6.2*7.7 , 6*6 TFBGA

Lieferbar.

1,8 V NAND MCP

MX63U ( SLC NAND + LPDDR2): 4Gb + 2Gb, 2Gb + 1Gb, 1Gb + 1Gb

Package: 8*10.5 VFGBA

Lieferbar.

Besondere Anforderungen bei Wearables

Ein weiteres Segment mit prospektiv hohem Verkaufsvolumen, das mittelfristig an Bedeutung gewinnen kann, sieht Macronix im Smart Lighting und Smart Metering aber auch in der intelligenten Haustechnik (mit. z.B. mit Thermostaten ) und der Heimüberwachung. Allerdings dürfte dieses Segment weniger, meist traditionelle Anbieter anziehen. Denn hier gelten, neben den geringeren Stückzahlen, auch höhere Anforderungen an die Produktqualität.

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Macronix

Macronix ist einer der weltweit führenden Hersteller von integrierten Schaltungen im Markt für nichtflüchtige Speicher. Das Unternehmen wurde 1989 im Science Park Hsinchu in Taiwan gegründet, wo sich der Hauptsitz befindet. Gründer und CEO ist Dr. Miin Wu, der mit einer langen und erfolgreichen Biographie auch in der US-Halbeiterindustrie (unter anderem bei Intel) tätig war und ein um-fangreiches Patent-Portfolio hält. Macronix beschäftigt weltweit etwa 4.600 Mitarbeiter, mit zwei Niederlassungen in Europa, eine in Belgi-en, die andere in Deutschland (München).

Macronix vermarktet einen vollen Bereich von NOR-Flash-, NAND-Flash- und ROM-Bausteinen mit innovativen und performance-orientierten Produkten für global agierende Gerätehersteller in den Bereichen Consumer, Kommunikation, Computing, Automotive, In-dustrie, Netzwerktechnik und weiteren Segmenten.

Macronix setzt auf führende, in-house entwickelte Technologien und die stetige Verbesserung seiner Fertigung für hoch qualitative Pro-dukte und Langzeit-Unterstützung, und investiert bis zu 15% der jährlichen Erträge in Forschung und Entwicklung. Das Unternehmen verfügt über mehr als 5.500 Patente. Im Hinblick auf die nächste Generation nichtflüchtiger Speicher wie z.b. Phase Change Speicher (PCM) oder ReRAM (resistive random-access memory mit vereinfach-ten Strukturen und geringerem Verbrauch) entwickelt Macronix zu-sammen mit seinen Technologie-Partnern. Des weiteren hat Macronix die weltweit erste eigene Flash-Technology BE-SONOS für 3D-Nand mit Vertical-Gate Struktur angekündigt.

Mit den derzeit implementierten Struktur-Nodes von 55nm für NOR Flash und 36nm für NAND setzt Macronix auf eine solide und be-währte Technology, um die Qualität und Langzeitverfügbarkeit der Produkte zu gewährleisten. Macronix betreibt drei eigene Waferfabs: eine für 300 mm, eine weitere für 200 mm und eine für 150 mm Durchmesser. Die nichtflüchtigen Speicher werden in der 300-mm- und 200-mm-Fab gefertigt, während die 150-mm-Fab auf das strate-gische Foundry-Geschäft für Logikbausteine in Nischenmärkten fo-kussiert.

Macronix unterhält eine Reihe von strategischen Allianzen mit ande-ren Herstellern von Weltrang. Das Unternehmen ist dem Sharehol-der-Value verpflichtet und bekennt sich zu seiner gesellschaftlichen Verantwortung. Von der Corporate Governance Association erhielt Macronix die Zertifizierung nach CG6002. Macronix ist außerdem der erste Halbleiterhersteller, der nach dem Social Accountability International Standard (SA 8000: 2001) im Hsinchu Science Park zertifiziert wurde.

Macronix ist auf diese Märkte bestens vorbereitet, vor allem durch spezifische inkrementelle Verbesserungen bei nichtflüchtigen Speichern. Dies gilt besonders für den Bereich Ultra-Low Power und die Standby-Moden. Denn im Gegensatz zum allgemein gefassten und breiter definierten IoT mit seiner komplexen Infrastruktur und sehr schneller Übertragung großer Datenmengen ist bei den Wearables eine pragmatische Systempartitionierung geboten: Wearables sind per Definition die kleinsten portablen Datengeräte, die am Körper getragen werden - wenn sie größer wären, wären sie keine Wearables. Wearables erfordern also, anders als Smartphones und Multimedia-Systeme, keine hohen Speicherdichten und keine großen Speicherumfänge, vor allem wegen der unmittelbaren Konnektivität mit ihren Basisstationen wie Smartphones und Tablets.

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