擴(kuò)展 M2M 功能和解決方案支持新產(chǎn)品和服務(wù)，這些產(chǎn)品和服務(wù)正在改變我們的工作和娛樂方式。M2M 解決方案有多種外形尺寸和無線電接口，但最常以模塊形式出售——分立式或安裝在 PCB 上。嵌入式存儲(chǔ)器通常支持短距離無線電解決方案（Wi-Fi、ZigBee、Z-wave、藍(lán)牙、IP500）。通常，內(nèi)存子系統(tǒng)（就嵌入式閃存和 RAM 而言）包含在處理器中。如果內(nèi)存無法放置在處理器上，則可以添加低密度的外部 NOR 閃存或 RAM。

雖然許多短距離 M2M 無線解決方案足以滿足以消費(fèi)者為中心的應(yīng)用（如電器連接和家庭自動(dòng)化），但基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用（健康、安全、汽車、零售和智慧城市應(yīng)用）需要穩(wěn)健且始終在線蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接。在蜂窩 M2M 等遠(yuǎn)程無線電解決方案中，在處理器芯片上嵌入高密度存儲(chǔ)設(shè)備并不劃算，因此必須在外部閃存和 RAM 中管理關(guān)鍵通信代碼。圖 1顯示了一個(gè)典型的蜂窩 M2M 模塊，包括一個(gè)軟件堆棧。

圖 1：蜂窩 M2M 模塊的框圖。

M2M 蜂窩模塊提供 2G 和 3G/4G 版本。在 GSM 網(wǎng)絡(luò)上，GPRS 和 EDGE 被認(rèn)為是 2G，而在 CDMA 網(wǎng)絡(luò)上，1xRTT（或 CDMA2000）被認(rèn)為是 2G。3G 網(wǎng)絡(luò)基于全球高速下行分組接入 （HSDPA） 標(biāo)準(zhǔn)，與常見的微處理器單元 （MPU） 架構(gòu)兼容，可實(shí)現(xiàn)豐富的實(shí)時(shí)多媒體和瀏覽體驗(yàn)。汽車信息娛樂、交通和視頻監(jiān)控服務(wù)正在推動(dòng)僅在 3G 和 4G 網(wǎng)絡(luò)上可用的更高帶寬要求。

隨著數(shù)據(jù)服務(wù)的收入和容量超過傳統(tǒng)語(yǔ)音服務(wù)，正在部署數(shù)十億美元、創(chuàng)收 M2M 服務(wù)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商 （MNO） 有充分的動(dòng)力利用 3G 和 4G 網(wǎng)絡(luò)，以便最有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源和有限頻譜。 AT&T 已經(jīng)宣布計(jì)劃到 2017 年在美國(guó)使 2G 網(wǎng)絡(luò)下線，領(lǐng)先的 M2M 模塊供應(yīng)商正在將 2G 認(rèn)證模塊排除在新設(shè)計(jì)中［1］。2G M2M 解決方案還依賴于開始過時(shí)的傳統(tǒng)組件支持和制造資產(chǎn)。這些因素有助于將 3G M2M 模塊置于市場(chǎng)增長(zhǎng)的最佳位置——預(yù)計(jì)未來四年將有 50 億美元的 3G 和 4G M2M 連接上線［2］。

蜂窩 M2M 內(nèi)存要求：小尺寸

2G M2M 模塊具有高達(dá) 130 Kbps 的調(diào)制解調(diào)器速度，并使用 NOR 閃存，其關(guān)鍵通信代碼存儲(chǔ)要求介于 32 Mb 和 64 Mb 之間。由于采用就地執(zhí)行 （XIP） 內(nèi)存架構(gòu)，NOR 閃存讀取性能（高達(dá) 250 MBps）足以在 2G 解決方案中直接從閃存執(zhí)行通信協(xié)議，而外部 RAM 僅需 16 Mb 或工作內(nèi)存或擴(kuò)展緩存中的 32 Mb PSRAM。今天，2G M2M 存儲(chǔ)器解決方案的最佳選擇是采用 6 mm x 4 mm BGA 封裝的工業(yè)級(jí) NOR + PSRAM 多芯片封裝 （MCP）。MCP 解決方案在 M2M 模塊中是首選，因?yàn)樗鼈兛梢怨?jié)省大量空間（超過50%） 與單獨(dú)的閃存和 RAM 組件替代方案相比。當(dāng) M2M 模塊嵌入各種傳感器和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用時(shí)，尺寸是一個(gè)重要因素。

汽車級(jí)和工業(yè)級(jí)內(nèi)存

支持工業(yè)級(jí)溫度（-4 0 °C至 +8 5 °C）的 M2M 模塊專為將駐留在戶外或惡劣環(huán)境中的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，同時(shí)還有助于加快上市時(shí)間、簡(jiǎn)單性和可擴(kuò)展性。美國(guó)東北部的居民最近提醒了負(fù)-4 0°C（-4 0°F）的感覺——那些被困在外面的移動(dòng)和汽車電子設(shè)備無法正常工作的人被提醒了工業(yè)和汽車的重要性級(jí)內(nèi)存支持已成為 M2M 設(shè)計(jì)。

性能、密度和成本

3G 和 4G 內(nèi)存解決方案對(duì) Mbps 調(diào)制解調(diào)器速度有更高的性能和密度要求。3G 具有多種通信協(xié)議，軟件定義無線電配置中的組合代碼密度是 2G 的兩倍多。3G 還需要至少一份通信協(xié)議的備份副本，這將最低內(nèi)存要求推到了 256 Mb 到 512 Mb 的范圍內(nèi)。添加中間件（如可加速應(yīng)用程序集成的 Java 虛擬機(jī)和為新應(yīng)用程序分配的內(nèi)存）后，3G 和 4G M2M 模塊的要求擴(kuò)展到高達(dá) 4 Gb 的閃存和 2 Gb 的 LPDRAM，通常具有長(zhǎng)壽命、工業(yè)-等級(jí)要求。在 1 Gb 或更高時(shí)，單級(jí)單元 （SLC） NAND 閃存成為 NOR 閃存的有吸引力的低成本替代品（圖 2，第 12 頁(yè)）。

圖 2： SLC NAND 閃存成為 3G M2M 解決方案中小于 1 Gb 的良好替代品。

由于 NAND 閃存由于讀取性能較慢而無法直接執(zhí)行代碼，因此將代碼復(fù)制到 RAM 中執(zhí)行。這通常稱為存儲(chǔ)和下載 （SnD） 或計(jì)算內(nèi)存架構(gòu)。在 SnD 架構(gòu)中，外部 RAM 需求顯著增加至 512 Mb 或更多，以隱藏和執(zhí)行代碼；根據(jù)密度和配置，LPDDR1 或 LPDDR2 存儲(chǔ)設(shè)備的物料清單 （BOM） 中還會(huì)增加 2 到 5 美元。3G 和 4G 蜂窩架構(gòu)完全基于 SnD，與傳統(tǒng) PC 級(jí) DRAM 相比，LPDRAM 接口驅(qū)動(dòng)內(nèi)存性能要求和顯著降低的功耗。

即使添加了外部 LPDRAM，1 Gb SLC NAND + 512 Mb LPDRAM 內(nèi)存解決方案的價(jià)格也將與 256 Mb NOR 閃存 + 512 Mb LPDRAM 內(nèi)存解決方案持平。這兩種配置都被認(rèn)為是 3G 和 4G M2M 模塊設(shè)計(jì)中的低成本替代方案。鑒于從 2G M2M 內(nèi)存解決方案遷移所需的 4 倍容量增加，3G 和 4G LPDRAM MCP 需要稍大的封裝（8 mm x 8 mm BGA 到 8 mm x 9 mm BGA）。

產(chǎn)品壽命

在選擇 NAND 閃存解決方案時(shí)，M2M 設(shè)計(jì)人員還必須考慮到 M2M 應(yīng)用的平均壽命為 10 年以上。NOR 閃存在汽車和工業(yè)應(yīng)用中具有悠久的嵌入式支持歷史——通常擁有超過 10 年的產(chǎn)品支持和多家供應(yīng)商；NOR 也不需要外部存儲(chǔ)器管理。與 NOR 不同，NAND 在嵌入式支持方面沒有傳統(tǒng)，更重要的是，NAND 特性會(huì)隨著硅光刻的每次縮小而變化。NAND還需要處理器進(jìn)行外部管理，包括ECC、壞塊和磨損均衡管理。

NAND閃存縮放的缺點(diǎn)

無數(shù)嵌入式應(yīng)用需要大約 100，000 次編程和擦除 （P/E） 周期和/或 10 年的閃存支持?jǐn)?shù)據(jù)保留。SLC NAND 在嘗試擴(kuò)展到低于 30 納米范圍 （3X nm） 技術(shù)時(shí)遇到了懸崖——其中 ECC 要求顯著增加，P/E 周期和數(shù)據(jù)保留在一定程度上限制了廣泛的嵌入式應(yīng)用，如圖 3所示。但是，蜂窩芯片組和無線 OEM 可以從更高密度的 NAND 閃存的成本優(yōu)勢(shì)中受益，它可以為手機(jī)和調(diào)制解調(diào)器提供足夠的 ECC。

圖 3： NAND 閃存擴(kuò)展的缺點(diǎn)

當(dāng)目標(biāo)是 2X nm 或更低的 NAND 閃存時(shí)，該技術(shù)會(huì)針對(duì)特定應(yīng)用的用例進(jìn)行調(diào)整。例如，在無線調(diào)制解調(diào)器中，代碼主要在啟動(dòng)時(shí)讀取，在 3 到 7 年的生命周期內(nèi)很少進(jìn)行無線更新或重新啟動(dòng)。在這種情況下，假設(shè) P/E 周期要求在產(chǎn)品生命周期內(nèi)較低（《10，000），并且假設(shè)光刻較低的 2X nm NAND 閃存非常適合低成本解決方案。對(duì)于 M2M 設(shè)備，安全性、數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用程序?qū)@著增加 P/E 周期，并且在超出基本調(diào)制解調(diào)器功能時(shí)需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行特定用例評(píng)估。

M2M 未來的內(nèi)存

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 及其 M2M 產(chǎn)品將一些最令人興奮的電子技術(shù)進(jìn)步帶到了我們生活的最前沿。大多數(shù)新產(chǎn)品和豐富的 M2M 服務(wù)正在針對(duì) 3G 技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。設(shè)計(jì)人員在選擇正確的 M2M 內(nèi)存解決方案時(shí)有多種選擇——從工業(yè)級(jí) NOR 閃存到 NAND 閃存 MCP 解決方案。密度、性能、尺寸、市盈率周期和數(shù)據(jù)保留要求都是需要考慮的重要因素。

審核編輯：郭婷