System-In-Package与eNVM

蓬勃发展的汽车和物联网市场需求增长推动微控制器(mcu)。最近的预测项目的整体单片机的复合年增长率(CAGR)将在未来5年内达到4%,特别是汽车单片机CAGR可能达到接近14%。

非易失性内存(NVM)是单片机的一个重要组成部分,因为它不仅需要存储代码,而且存储操作数据在整个产品生命周期。

两个NVM解决方案
NVM的解决方案有两种常用的构建单片机:NVM直接嵌入在芯片系统(SoC)或一个单独的,外部NVM芯片组装与逻辑芯片system-in-package (SiP)的解决方案。单片机与嵌入式NVM (eNVM)组装在一个特殊的逻辑过程,包括eNVM,单片机操作所需的一切就是单芯片中创建。单片机的使用SiP解决方案,和Flash芯片和逻辑芯片都打包在一起。因此,代码和数据存储在一个独立的逻辑芯片和Flash芯片。

前单片机提供商在其产品中主要使用一个eNVM的解决方案,但是一个SiP解决方案可能是一个有吸引力的选择小公司。这些公司可能实现缩短上市时间,部分原因是使用标准,随时可用的逻辑过程可能简化和缩短设计周期。然而,SiP解决方案可能无法满足所有的要求很多物联网和汽车应用程序。使用eNVM往往会被上级解决方案考虑到成本,力量、速度、安全性、稳定性和可靠性需求的高增长单片机应用程序。

选择最好的解决方案
选择一个应用程序的最佳解决方案,考虑下面的比较这两个解决方案基于功耗的关键终端市场需求,升高时间、速度、安全性、可靠性和成本:

• • 电力消耗:eNVM提供有功功率消耗超过30%低于SiP因为SiP flash需要持续的IO切换。因此,女朋友建议eNVM需要低功率的电池供电的物联网应用。女朋友和eVaderis合作开发低功耗单片机使用22社和eMRAM。
  • 升高的时间权力:eNVM提供了快20倍时间比SiP和访问第一个数据(5µs vs 100µs)因为eNVM XIP,而SiP flash,系统需要将数据复制到片上存储器。因此,对于常关需要很快升高的应用程序和阅读时间,女朋友嵌入式eNVM建议。
  • 速度:eNVM提供2 x更快的读取速度比SiP (400 mb /秒和200 mb /秒),自eNVM宏有x32 x128 IO总线宽度,而SiP使用x4或×8位因此,女朋友建议eNVM高速/高带宽的应用程序。
  • 安全比SiP: eNVM提供更高的安全性,因为eNVM宏可以定制和SoC可以使用IP PUF等来增强安全性。相比之下,SiP flash是一个标准的提供市场,和额外的安全不能被添加。所以,女朋友建议eNVM高安全的应用程序。
  • 可靠性:eNVM提供更高的可靠性,因为它需要有资格作为一个SoC的可靠性水平,而SiP flash只能实现高可靠性通过添加严格测试筛选已知好死(KGD)和包。CMOS嵌入式STT-MRAM数组在2 x nm GP-MCU应用程序模式。
  • 成本:比较两种解决方案的成本,必须考虑几个因素:
    • NVM内存密度和完整的芯片尺寸,这决定了Gross-Die-Per-Wafer有或没有eNVM
    • 晶片价格,有或没有eNVM
    • 额外的片上存储器密度SiP解决方案,用于从外部Flash在启动下载代码
    • Flash KGD价格SiP解决方案
    • 晶圆测试成本,有或没有eNVM
    • 额外的晶片产量等因素,有或没有eNVM, SiP解决方案英尺收获损失,管理成本

比较成本
以下成本比较包括六个典型NVM记忆密度(2 mb, 4 mb, 8 mb, 16 mb, 32 mb, 128 mb)实现对GF eFlash 40 nm LPx平台,也不会22日与eMRAM(22纳米FD-SOI)平台。

因为每个公司都有不同的电力SiP解决方案的方法,不同的片上存储器密度外部Flash用于“影子”。以下结果假设SiP的理想情况下,一个SiP解决方案和eNVM解决方案利用一个存储器大小相同。注意,最常见的SiP解决方案增加了从外部Flash存储器大小的代码跟踪。

资料来源:GLOBALFOUNDRIES, 2018年

图表显示,40 nm平台eNVM (eFlash)是低成本当NVM密度小于16 mb,而SiP解决方案是降低成本当NVM密度等于或高于16 mb。

设计利用22纳米社平台,eNVM解决方案(eMRAM)是低成本当NVM密度小于32 mb,而SiP解决方案是降低成本当NVM密度等于或高于32 mb。

比较两个平台,22不会eNVM解决方案(eMRAM)低成本在所有NVM密度与40 nm SiP解决方案。此外,对于22纳米平台eMRAM更高密度的额外成本(32 mb +)是4%或更少,同时也优于一个SiP解决方案,速度、安全性和可靠性。

对于更大的存储器密度,eNVM解决方案的优点是更大的。

那么,解决方案是最适合我的单片机?
总之,eNVM和SiP解决方案都是可行的方法结合逻辑和NVM。然而,eNVM通常是一个更好的选择对于单片机根据上级权力,速度、安全性和可靠性。关于成本,比SiP eNVM通常是一个更低的成本,特别是低于32 mb NVM密度。随着单片机制造商考虑所有的权衡他们的产品,女朋友愿帮助客户选择合适的解决方案来赢得市场。

在最近的一次科技视频GF会谈讨论的利弊嵌入式非易失性内存和系统方案。