Die beste DRAM-Option für IoT-Anwendungen

• Niedrige Kosten, wenig Stromverbrauch und hohe Recheneffizienz dank Winbond HyperRAM™
• Deutlich einfacheres Leiterplatten-Layout durch Winbond HyperRAM™

Bei batteriebetriebenen Geräten wie etwa Smart Speakern und Smart Metern ist die Batterielebensdauer zum entscheidenden Faktor für den Produkterfolg geworden – neben reichhaltiger IoT-Funktionalität und einer einfachen Benutzeroberfläche.

Viele Mobilgeräte, darunter zum Beispiel Tablets oder Smartwatches, besitzen die in Bild 1 gezeigte Architektur. Das WiFi/BT- und das Cellular-Modul sind für die Kommunikation zuständig. Sensoren (z. B. das Touch-Panel) nehmen Informationen von außen entgegen und leiten diese an den Applikationsprozessor weiter. NOR/NAND-Speicher werden für Code und Daten benutzt, während das DRAM zum kurzzeitigen Ablegen von Daten während der Verarbeitung dient.

Um den Wünschen des Markts zu entsprechen, entwickeln zahlreiche MCU-Anbieter neue MCU-Generationen mit immer mehr Leistung und weniger Stromverbrauch. Aus Sicht des Systemdesigns erfordert das mit dem Mikrocontroller zusammenarbeitende DRAM neue Optionen, um Vorteile gegenüber bestehenden SDRAM-, Low-Power-SRAM- und CRAM/PSRAM-Speichern zu bieten. Diese DRAM-Standards wurden schließlich schon vor langer Zeit definiert und können mit der neuesten Technologie nicht Schritt halten (siehe Tabelle 1).

HyperRAM™-Speicher, der das HyperBus™-Interface unterstützt, ist die neueste technische Lösung für diesen Bedarf. Mit seinen nur 13 Signal-I/O-Pins bewirkt HyperRAM™ eine deutliche Vereinfachung des Leiterplatten-Layouts, kommt dabei aber ungefähr auf denselben Durchsatz (333 MB/s) wie ähnliche DRAMs (z. B. Low Power DRAM, SDRAM und CRAM/PSRAM).

Die einfachere Steuerungs-Schnittstelle ist ein weiterer Vorteil von HyperRAM™. PSRAM besitzt nur neun Zustände, während es bei LPSDRAM deren 18 sind. Je weniger Zustände es gibt, umso unkomplizierter ist der benötigte DRAM-Controller. Wegen der Gründung auf der PSRAM-Architektur handelt es sich bei HyperRAM™ um ein selbst auffrischendes RAM. Da es automatisch in den Standby-Modus zurückkehren kann, gestaltet sich die Nutzung des Systemspeichers einfacher, und auch die Firmware- und Treiberentwicklung ist weniger aufwändig.

Dank seiner Weiterentwicklung kann HyperRAM™ die neuesten Halbleiter-Prozessknoten und die neueste Gehäusetechnologie nutzen, weshalb wiederum die Gehäuseabmessungen kleiner sind als bei anderen DRAMs. Bild 2 zeigt eine Gegenüberstellung der SDRAM-Gehäusegrößen von JEDEC, PSRAM und HyperRAM™.

Entscheidend für IoT-Geräte

Da IoT-Geräte in der Regel batteriebetrieben sind, ist der Stromverbrauch hier ein entscheidendes Kriterium. Wird er reduziert, spart dies nicht nur Energie, sondern auch die Kosten zum Laden oder Ersetzen der Batterien verringern sich. Nimmt man das 64 Mb HyperRAM™ von Winbond als Beispiel, so beträgt die Standby-Leistungsaufnahme 90 µW bei 1,8 V, während es bei einem SDRAM gleicher Kapazität etwa 2.000 µW (bei 3,3 V) sind. Wichtiger noch ist jedoch die Leistungsaufnahme des HyperRAM™ im Hybrid-Sleep-Modus, die lediglich 45 µW bei 1,8 V beträgt und folglich erheblich niedriger ist als die Leistungsaufnahme des SDRAM im Standby-Modus (siehe Tabelle 2). Selbst bei Verwendung von Low Power SDRAM sind der Stromverbrauch und die Abmessungen deutlich größer als bei HyperRAM™.

Neues HyperRAM™-Ökosystem

Angesichts des langfristigen Bedarfs für Anwendungen im Automotive- und Industriebereich sind die fortschrittlichen Prozessknoten des Winbond HyperRAM™ in der Lage, die Langlebigkeits-Anforderungen der kundenseitigen Produktzyklen zu erfüllen.

Betrachtet man den Systemdesign- und Produktlebenszyklus als Ganzes, so ist HyperRAM™ die ideale Wahl für kommende IoT-Geräte. Neben Cypress haben auch führende MCU-Hersteller wie NXP, Renesas, ST und TI bereits Mikrocontroller mit Unterstützung für die HyperBus™-Schnittstelle auf den Markt gebracht und werden dies auch bei künftigen Produkten tun.

Mittlerweile ist auch die Entwicklungsplattform für die Steuerungs-Schnittstelle bereit. Cadence und Synopsys bietet bereits Speicherverifikations-IP für HyperRAM™ an, damit die Anbieter ihre Designzyklen verkürzen können. Demzufolge verfügt HyperRAM™ verglichen mit anderen Octal RAMs über die ausgereifteste Applikationsumgebung. Mit der Einbindung in den JEDEC-Standard wurde HyperRAM™ nicht zuletzt zu einer JEDEC xSPI-kompatiblen Technologie.

Wie stellt sich die HyperRAM™-Produktlinie von Winbond derzeit dar? 32, 64 und 128 Mb sind in die Massenproduktion gegangen, und 24BGA (Automotive Grade), 49BGA, WLCSP und KGD sind lieferbar. Die 24BGA-Version misst 6x8 mm², die 49BGA-Version jedoch nur 4x4 mm², womit auf die Anforderungen des Consumer-Wearable-Markts abgezielt wird. Winbond verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der DRAM-Produktion.