作者：Nando Basile， X－FAB NVM与AI方案营销经理
近年来，由于全球半导体产能短缺、新冠肺炎疫情、季节性需求等因素，存储器件价格波动较大。
J．P． Morgan， Gartner and Deloitte主要行业分析机构的分析师预测，半导体产能短缺将持续2022年甚至更长时间。根据WSTS根据数据分析，2022年全球存储器件市场规模将达到1716.82亿美元，比预计2022年增长135.21亿美元，同比增长8.5%。
图：WSTS电子元器件市场预测(2021年11月)
图源：WSTS
作为半导体芯片行业约30%的存储器件，其需求增长速度快于半导体行业。是什么刺激了存储器件的市场需求？目前类似5G、物联网、云存储等主流应用将继续成为传统存储市场的助推器；电动汽车市场的爆发促进了汽车电子市场对存储的需求；可穿戴医疗应用对存储尺寸、功耗和质量要求极高；人工智能快速崛起将传感、存储和操作牢牢地联系在一起。这些新兴的应用场景无疑将更依赖于嵌入式存储技术的发展。
与传统存储器件相比，嵌入式存储有一些独特的优点。不同的应用环境对嵌入式存储方案有自己的需求。X－FAB，总部位于欧洲，世界领先的模拟和混合信号半导体晶圆厂给出了自己的答案——成为一家一站式的汽车级晶圆厂，提供全系列嵌入式存储解决方案：包括OTP／MTP／EEPROM／EFLASH等不同存储IP，所有嵌入式存储IP都通过了最高规格的车规级别，工作温度可达-400℃到＋175℃之间。
目前，全球半导体生产能力极为短缺。对于那些使用独立存储并通过后端的人来说，SiP对于综合设计公司来说，他们必须面临来自许多供应商的潜在产能风险。从更好地分配芯片产能的角度来看，使用SoC系统设计，同时增加嵌入式存储IP，毫无疑问，它将获得更有效的产能利用。嵌入式解决方案与产能提前布局相匹配，将大大增强新产品第一时间投入市场量产的信心，从而抓住市场机遇。同时比起SiP就方案而言，嵌入式方案更节省面积，这意味着整体设计的总成本可以相应优化。
它不仅可以解决存储芯片市场供不应求的迫切需要，还可以获得更好的时间和价格成本，还可以顺应系统解决方案的小型化趋势。什么是一举三得的嵌入式存储？
以嵌入式非易失性存储器为例，我们常说eNVM，它是一种存储芯片的类型。与独立存储器相比，嵌入式非易失功能的一部分，与独立存储器相比。嵌入式存储器根据不同的原理结构可分为可编程（OTP）多次可编程的存储器（MTP）存储器，闪存（Flash）和电可擦可编程只读存储器（EEPROM），由于各种嵌入式存储器的特性不同，适用领域也不同。
图片：不同类型eNVM比较性能和应用场景&写入次数
图：东方证券研究所：
正如我们前面提到的，驱动存储市场增长的有5个G、AI、云、汽车电子和物联网，那么推动嵌入式存储器增长的三驾马车是什么呢？让我们来谈谈嵌入式存储的真实市场需求和技术变化。
如果你想问世界上的信息处理机制是什么？所以最简单的过程只不过是感知、存储、计算和通信，而近年来最热门的词必须是传感和人工智能（Edge－AI），从这两个角度探讨嵌入式传感器的优点和发展趋势。
首先是传感器。如今，越来越多的应用依赖于智能传感器设备，对智能传感器的要求也在增加。这种趋势通常被称为智能传感器迁移。对SoC芯片的要求不再仅仅是执行传感或驱动的执行操作，而是有能力直接处理从外部捕获的数据——通过支持现场自适应处理，实现或快速转换和优化准备传输的数据（使数据适合总线网络或RF在广播上传播)，便于后端进一步处理数据。
从芯片架构的角度来看，目前需要任何智能传感on－board的MCU用来数据运算和处理，而MCU又离不开SRAM和NVM（主要是EEPROM和Flash）。SoC最基本的功能是将传感器从外部捕获的信号（主要是模拟信号）转换为数字信号，然后根据后端的不同协议转换数据进行后续传输。存储端在整个系统中必须考虑的关键点是存储单元的性能参数。在大多数情况下，这取决于整个系统SoC应用场景。因此，所使用的存储方案不仅要确保与系统中的其他应用程序完美集成，而且要有能力承受与整个系统相同的工作条件，还要与传感器或传感器相同MCU本身需要相当大的可靠性水平。
从这个角度来看，嵌入式存储解决方案的优势将非常明显。举一个典型的例子——汽车和太空领域：在这些领域，传感器必须适应极端的高温和低温，并能承受高压，有时甚至需要恢复辐射。虽然其他应用程序对环境的要求可能不那么苛刻，但它们仍然需要有相对较高的安全标准，如生物医学。
对于上述应用，嵌入式解决方案的现有替代方案没有成本优势，更不利于管理，甚至无法匹配传感器/MCU运行环境条件。因此，在汽车电气化、自动驾驶、远程医疗等全球趋势的指导下，嵌入式解决方案有望在未来稳步增长。
当然，说到传感器，我们必须提到低功耗。便携式传感器在我们的日常生活中变得越来越普遍，用户在日常生活中仍然要求这些传感器足够聪明，但也要求感知数据进入有用的用户体验，或压缩数据进行有线或无线网络（如蓝牙、蜂窝网络等）。在此过程中，用户会更加关注整个系统的功耗，即电源驱动或能源回收。嵌入式存储器在这方面有自己的优势。
嵌入式方案可以保证一个SoC平滑集成低功耗方案（如栅极电源），缩短互联路径，大大降低可能出现的天线问题。嵌入式方案也将受到寄生泄漏或其他缺陷（或根本不受影响）的影响。对于这些缺陷，设计师在选择多包装组件的异构方法时需要额外处理。
此外，在小型化趋势下，许多便携式设备将面临严格的空间限制，如医疗可穿戴应用。因此，电子元件的尺寸也变得非常关键。嵌入式存储在节省空间方面也具有不可替代的优势。类似的应用程序，如3D集成将极大地引领嵌入式存储的发展，包括电阻RAM或自旋电子存储。
图：eNVM主要应用于下游
图：信达证券研发中心
在谈到智能传感和低功耗趋势之后，让我们谈谈重塑未来人工智能的机会（Edge－AI）。事实上，从长远来看，这一趋势正逐渐将当前的智能传感转化为新一代的智能传感。传感器将完成更多的分析和决策，模仿人类的感觉和反射。如前所述，为了使新型应用或现有的应用更高效，“智能化”与“低功耗”需要获得完美的结合。目前，图像识别和音频识别这两个应用将为这一转变提供无穷无尽的动力，特别是面对电源驱动方案。当然，随着人工智能的不断发展，我们肯定会看到更多超出我们想象的新应用。
在人工智能（Edge－AI）在这个应用领域，大多数不同类型的神经网络架构都是通过硅实现的——所有这些实现都是基于半导体阵列，并在推理和机器学习的基础上实现的MAC操作。这种半导体单元阵列在概念上与嵌入式存储阵列非常相似，这表明了未来技术的趋势：从当前的逻辑阵列（易失性或非易失性）到multi－bit多元或近似模拟化的升级。
整个人工智能（Edge－AI）核心点是，这种类似存储架构的网络连接结构将不再是CPU它将成为整个应用程序的计算中心。这是基于传统的MCU的方法不同，传统的方法使用存储阵列从CPU来回传输数据(在这个过程中消耗大量力，产生额外热量)。在Edge－AI在架构中，所有的计算都在阵列内进行，以实现真正的存储计算。正如人类大脑的工作模式，所有的决策过程都在内部通过神经元和突触阵列之间的电子路径产生。
由于人工智能被广泛认为是继手机革命之后，未来几年将以两位数的复合增长率增长的另一个重大事件，可以大大改善我们的生活方式。因此，在这条轨道上，对嵌入式存储器及其集成方案有充分了解的公司将在市场上抓住机遇。在人工智能的应用中，一些关键技术参数更多地取决于：
bit－cell的操作框架
整体低功耗竞争力
面向多个NVM方案的设计灵活性
选用Foundry平台的通用性
嵌入式存储是许多需要智能支持的传感器的完美解决方案。嵌入式存储器，，尤其是非易失性存储器，无论从中期还是长期来看，都将迎来极其光明的应用前景。在短期内，嵌入式存储解决方案可以帮助缓解近期全球半导体短缺的问题，成为汽车和便携式应用（特别是医疗保健）创新的关键推动者。从长远来看，嵌入式存储可以是Edge－AI实现道路的大规模推广和普及。从某种意义上说，嵌入式存储将有助于人类进入下一个文明时代。
图：X－FAB嵌入式非易失性内存（e－NVM）解决方案组合
值得一提的是，为了满足日益增长的嵌入式存储需求，X－FAB它可以提供非常灵活的一站式解决方案。整体方案具有一流的可靠性质量、多样化、灵活的搭配选择和持续稳定性NVM该平台可以满足客户的不同需求。X－FAB专业能力和完善的技术路线图将帮助客户从竞争对手中脱颖而出。
