距離中國(guó)首次提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念剛過(guò)去一年，通過(guò)升級(jí)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)，將隨著承擔(dān)“拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)”重任的“新基建”而加速，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)中的重要性不言而喻。而作為電力網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集的唯一設(shè)備，智能電表是用戶側(cè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能電表的技術(shù)創(chuàng)新可以說(shuō)從根本上影響著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展。

針對(duì)這波大規(guī)模的市場(chǎng)熱潮，富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新近日在一次研討會(huì)上也表示：“智能表計(jì)作為富士通長(zhǎng)期關(guān)注的重點(diǎn)業(yè)務(wù)，在未來(lái)幾年具有很大的市場(chǎng)潛力，特別是智能電表行業(yè)發(fā)展?jié)摿σ廊豢春??！?

隨風(fēng)而起， FRAM筑造堅(jiān)固數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

電子設(shè)計(jì)的一個(gè)主要考慮因素是降低總功耗的同時(shí)提高可靠性。設(shè)計(jì)人員必須考慮增加功能，同時(shí)減少系統(tǒng)的功率預(yù)算，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)久的電池壽命。但是與此同時(shí)，嵌入式軟件正變得日益復(fù)雜，需要配備更多的存儲(chǔ)器，但這一點(diǎn)對(duì)功耗也有了進(jìn)一步要求?！皩?duì)于智能表計(jì)而言，數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)是非常重要的。因此，智能表計(jì)方案商需考慮挑選合適的存儲(chǔ)產(chǎn)品予以應(yīng)對(duì)?！瘪T逸新指出。中國(guó)政府從2018年開始對(duì)水表進(jìn)行全面更新?lián)Q代，也帶動(dòng)了智能水表的技術(shù)革新。特別是抄表方案從傳統(tǒng)的載波方案逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹B-IOT平臺(tái)，對(duì)于平臺(tái)里的采集器和集中器對(duì)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送的無(wú)遲延和可靠性也都有了更高的要求。

“富士通FRAM在智能表計(jì)行業(yè)已深耕十多年之久，全球表計(jì)出貨超1億片。針對(duì)新一代標(biāo)準(zhǔn)下的智能表計(jì)，富士通推出了眾多創(chuàng)新型存儲(chǔ)產(chǎn)品，如FRAM鐵電存儲(chǔ)器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器被廣泛采用，在中國(guó)、東南亞、歐洲、南美、北美等地區(qū)擁有很大的市場(chǎng)占有率?！? 馮逸新表示。據(jù)悉，威勝集團(tuán)、海興電力、林洋能源、Itron、西門子等業(yè)界主流的電表供應(yīng)商都是富士通FRAM的客戶，無(wú)錫聚成、浙江威星、EMERSON、E+H、TEPLOKOM等全球范圍的智能水氣儀表主要供應(yīng)商，也將FRAM作為其準(zhǔn)確記錄和存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。

四大關(guān)鍵特性，助力表計(jì)產(chǎn)品性能升級(jí)

FRAM的三大優(yōu)勢(shì)我們都很熟悉，那就是高速寫入、耐久性、以及低功耗，而針對(duì)智能表計(jì)應(yīng)用，它還擁有第四大優(yōu)勢(shì)——超高的安全性。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，企業(yè)與消費(fèi)者對(duì)數(shù)據(jù)保密與安全的認(rèn)知進(jìn)一步提升。若遇到黑客違法盜取及分析電表的機(jī)密數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致大范圍的信息泄露。對(duì)此，富士通FRAM賦予了智能表計(jì)應(yīng)用的安全性優(yōu)勢(shì)，就是防止黑客盜竊或篡改數(shù)據(jù)。當(dāng)黑客的篡改事件發(fā)生時(shí)，低功耗和高速的FRAM可以利用給RTC供電的小型電池電源，瞬間消去重要數(shù)據(jù)，從而確保電力用戶的信息安全。例如FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時(shí)間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù)，相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢(shì)。

安全性的第二個(gè)表現(xiàn)，則是基于高寫入速度。以256Kb獨(dú)立FRAM存儲(chǔ)器為例，每寫入1Byte數(shù)據(jù)，所需時(shí)間僅為150ns。因此，富士通FRAM在智能電表應(yīng)用中帶來(lái)了關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：掉電保護(hù)重要數(shù)據(jù)。電表使用的重要數(shù)據(jù)，需要在非常短的間隔(1-3次/秒)里保存在存儲(chǔ)器，并確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整。對(duì)于表計(jì)計(jì)量和抄表系統(tǒng)而言，維護(hù)數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性就是防止國(guó)家資源流失，從而確保國(guó)家能高效完整回收資金。

耐久性則是智能表計(jì)(特別是集中器)最基本的需求。按照國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定，重要數(shù)據(jù)必須以1次/秒的頻率實(shí)時(shí)記錄到存儲(chǔ)器，按照智能電表10年運(yùn)行周期來(lái)計(jì)算，存儲(chǔ)器需達(dá)到寫入次數(shù)至少為：1*60*60*24*365*10=3.2億次。作為非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)RAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統(tǒng)易失性存儲(chǔ)器級(jí)別的高速寫入速度，讀寫周期是傳統(tǒng)非易失性存儲(chǔ)器的1/30000，但讀寫耐久性卻是后者的1,000萬(wàn)倍，達(dá)到了10萬(wàn)億次，可實(shí)現(xiàn)高頻繁的數(shù)據(jù)紀(jì)錄 (實(shí)時(shí)的記錄)。若按5ms一次讀寫頻率來(lái)計(jì)算，達(dá)到10萬(wàn)億次花費(fèi)的時(shí)間是1,585年，相當(dāng)于可以從唐朝寫到現(xiàn)在!與之相對(duì)， EEPROM只有100萬(wàn)次讀寫壽命，若按此讀寫頻率，1個(gè)半小時(shí)就會(huì)報(bào)廢，更別說(shuō)只有10萬(wàn)次讀寫壽命的Flash了。另外，F(xiàn)RAM的數(shù)據(jù)保持時(shí)間也極長(zhǎng)，在85℃環(huán)境下，可以達(dá)到至少10年。

至于低功耗的優(yōu)勢(shì)，則在智能水氣表中得以體現(xiàn)。在水表/氣表系統(tǒng)中，從集中器到每家每戶的水表/氣表，都能夠看到FRAM的身影。相比于智能電表，市場(chǎng)規(guī)律上最明顯的差異就是水表、氣表必須選用電池供電(且通常一顆電池要用10-15年以上)，而非電表那樣可直接接入電源，因此低功耗成為了水、氣表方案最關(guān)鍵的需求。也因此讓讀寫壽命長(zhǎng)、功耗極低又利于延長(zhǎng)電池使用壽命的FRAM實(shí)現(xiàn)了極大的差異化優(yōu)勢(shì)。以64Byte數(shù)據(jù)寫入為例，F(xiàn)RAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440，可以輕松應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)、頻繁存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的工作模式，這不僅大大延長(zhǎng)了電池壽命降低維護(hù)成本，更有助于電池與設(shè)備的小型化。

完善的存儲(chǔ)產(chǎn)品陣列，表計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)再添B計(jì)劃

FRAM的優(yōu)勢(shì)雖然明顯，但如果單純使用FRAM，成本相比EEPROM以及Flash來(lái)說(shuō)勢(shì)必是略有升高的。而智能電表，特別是單相電、水、氣、熱表對(duì)方案成本的要求通常非?？量蹋虼巳绾巫尞a(chǎn)品在保持高性能的前提下進(jìn)一步降低成本是富士通一直以來(lái)面臨的挑戰(zhàn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，富士通建議采用超低容量FRAM (4Kbit)與EEPROM并用，幫助實(shí)現(xiàn)低成本的電、水、氣、熱智能表計(jì)方案。 “采用FRAM與EEPROM并用的方案設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)智能表計(jì)的高可靠性與安全性，并在整體方案架構(gòu)上省去用于EEPROM掉電保護(hù)的大電容，從而有效地降低系統(tǒng)整體的BOM成本?！? 馮逸新表示。為滿足用戶在低成本和高性能的完美平衡，富士通FRAM存儲(chǔ)器推出了用于計(jì)量模塊的I2C 接口的3v、5v電源電壓驅(qū)動(dòng)的4kbit、16kbit、64kbit、128kbit和256kbit的FRAM產(chǎn)品，同時(shí)推出用于抄表采集器或集中器用的SPI接口的16kbit到4Mbit的多容量的FRAM存儲(chǔ)器。這些產(chǎn)品最大的優(yōu)勢(shì)是高速寫入，高寫入操作耐久性和高可靠性，適用于智能四表的掉電保護(hù)等高可靠性設(shè)計(jì)要求。

“另外，針對(duì)工業(yè)電表，富士通還可以提供ReRAM。低功耗和大容量的ReRAM是那些以讀操作為主，更換電池困難，抄表困難但需長(zhǎng)時(shí)間保持?jǐn)?shù)據(jù)的流量?jī)x表的最佳解決方案?！瘪T逸新稱，“目前第一代產(chǎn)品4M bit早已量產(chǎn)之中，第二代產(chǎn)品8M bit已經(jīng)開始供給ES樣品，未來(lái)第三代產(chǎn)品將開發(fā)SPI 2M bit產(chǎn)品，可用于替代EEPROM，應(yīng)用于需要高溫操作的工業(yè)電表等應(yīng)用當(dāng)中。”

同時(shí)，富士通業(yè)已著手開發(fā)與試產(chǎn)下一代高性能存儲(chǔ)產(chǎn)品——NRAM。其同時(shí)繼承了FRAM的高速寫入、高讀寫耐久性，又具備與NOR Flash相當(dāng)?shù)拇笕萘颗c造價(jià)成本，并實(shí)現(xiàn)很低的功耗。在智能表計(jì)使用中，一個(gè)NRAM就可以替代電、水、氣、熱表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存儲(chǔ)單元，不僅減少了存儲(chǔ)器的使用數(shù)量，也有利于系統(tǒng)工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)上的難度。

作為NRAM的第一代產(chǎn)品，16M bit的DDR3+SPI接口產(chǎn)品最快將于今年底上市，勢(shì)必引發(fā)存儲(chǔ)行業(yè)的新一輪變革。馮逸新自信地表示：“NRAM既繼承了FRAM的高性能，又具有替換NOR Flash大容量的特點(diǎn)，我們堅(jiān)信這必將是一個(gè)劃時(shí)代的存儲(chǔ)器解決方案!”

總結(jié)

“富士通工業(yè)級(jí)FRAM已經(jīng)量產(chǎn)20年之久，積累了非常多量產(chǎn)工藝經(jīng)驗(yàn)，從1999年至今，總共出貨達(dá)41億顆!” 馮逸新總結(jié)道。事實(shí)上，除了表計(jì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，富士通FRAM產(chǎn)品還應(yīng)用于RFID、醫(yī)療電子、汽車電子等廣泛的領(lǐng)域，某種程度上來(lái)說(shuō)，小小的FRAM存儲(chǔ)器正在廣泛賦能各行各業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用!以目前智能表計(jì)行業(yè)的情況來(lái)看，想做到真正的智能化，還需要經(jīng)歷從功能到性能的全面飛躍，從關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的變革做起實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新將加速產(chǎn)品和行業(yè)的升級(jí)。