Комбинированная память для GSM-телефонов

Рынок мобильной GSM-телефонии, на котором в 1997 году было выпущено 30 млн. телефонных трубок, быстро становится одним из самых больших рынков для полупроводниковых приборов. В частности, быстрый рост этого рынка способствовал резкому увеличению спроса на флэш-память для хранения программ и статические ОЗУ для контроля и управления. Ульрих фон Бауэр из отдела запоминающих устройств Toshiba Electronics обсуждает использование статических ОЗУ и флэш-памяти НЕ-ИЛИ в GSM-аппаратуре и объясняет, как многочиповые модули могут удовлетворить требования к размерам, рабочим характеристикам и потреблению мощности современных разработок.

    Отличительной чертой рынка мобильной телефонии, как и любого крупного рынка, ориентированного на потребительский сектор, является лежащая в его основе высокая конкуренция. Это означает, что важнейшим критерием для любого разработчика, специа-лизирующегося в области флэш-памяти и статических ОЗУ , является стоимость. Недавние исследования показали, что снижения стоимости всего лишь на 5% часто достаточно для обоснования выбора тех или иных новых приборов для данного типа аппаратуры. Однако при этом зачастую не учитываются такие важные факторы, как размеры прибора, его рабочие харак-теристики и потребление мощности. Для устранения этого противоречия Toshiba и такие компании, как Fujitsu и NEC, в настоящее время предлагают многочиповые модули, интегрирующие статическое ОЗУ и флэш-память НЕ-ИЛИ в одном миниатюрном недорогом маломощном приборе с высокими рабочими характеристиками.

Тенденции в области разработки схем флэш-памяти для GSM-аппаратуры

Поскольку большинство изготовителей перешли с 4-Мб на 8-Мб устройства, более 75% схем флэш-памяти, в настоящее время поставляемых на рынок GSM, представляют собой 8-Мб устройства. Обычно предпочитают организацию х16, поскольку она обеспечивает высокие параметры передачи данных. Наблюдается также возрастающая тенденция к переходу на флэш-память НЕ-ИЛИ емкостью 16 Мб, в частности, в случае новейших моделей телефонов. Кроме того, поскольку флэш-память НЕ-ИЛИ все еще остается одним из самых больших по размерам устройств в стандартной телефонной трубке (наряду с чипом процессора группового сигнала) , основное внимание будет уделяться уменьшению размеров этого типа устройств.
    В области статических ОЗУ за последние 2 года произошел отход производителей от 256-К устройств, а спрос на 1 Мб статические ОЗУ со стороны GSM-сектора вырос более, чем вдвое. Эта тенденция во многом подкреплялась разработками программного обеспечения, позволяющими сочетать новые функции телефонной трубки (такие, как обмен данными через систему ИК-передачи IrDA, доступ к Интернет и запись голоса) с простотой эксплуатации и, следовательно, требующими более высокой плотности памяти. В то же время, значительное снижение цен на 1 Мб статические ОЗУ позволило конструкторам сделать телефонную трубку с одним встроенным 1-Мб ОЗУ более дешевой, чем трубка с двумя 256-К ОЗУ. В Европе в 1999 г. увеличится спрос на статические ОЗУ емкостью 2 Мб для новейших моделей телефонов, и все большее число изготовителей будет переходить на выпуск статических ОЗУ емкостью 4 Мб, поскольку потребители продолжают требовать расширения функцио-нальных возможностей телефонных трубок. С точки зрения размеров cтатических ОЗУ, основной тенденцией будет замена обычных транзисторных малогабаритных корпусов TSO на корпуса STSO (короткие TSO), что позволит сэкономить до 30% занимаемой площади.
    Потребление мощности — это фактор, влияющий как на флэш-память, так и на статическое ОЗУ. Стараясь увеличить срок службы батарей, производители оборудования постоянно увеличивают спрос на устройства с рабочим напряжением менее 3 В. Эта тенденция сохранится в 1999 году при увеличении числа производителей, использующих в своих разработках схемы с рабочим напряжением 1,8 В.

Разработки флэш-памяти НЕ-ИЛИ и статических ОЗУ

Ряд производителей полупроводниковых приборов разработал технологические методы изготовления схем флэш-памяти НЕ-ИЛИ и статических ОЗУ, призванные удовлетворить требования GSM-рынка к рабочим хахактеристикам, размерам и потреблению мощности. Toshiba, например, предлагает как 8-Мб, так и 16-Мб устройства и в октябре объявила о выпуске новой маломощной схемы флэш-памяти TC58FYT.
    Изготавливаемые по 0,4 мкм технологии новейшие 16-Мб приборы сочетают в себе такие параметры, как малый ток в режиме хранения (0,5 мкА) и одно напряжение питания, равное либо 2,7–3,6 В, либо 1,8–2,7 В. Указанные схемы поставляются в корпусах TSOI, совместимы с AMD/Fujitsu/JEDEC и имеют организацию 2 М ґ 8 (2 млн. адресов, 8 бит на адрес) или 1 М ґ 16. В соответствии с запросами производителей GSM- аппаратуры указанные схемы обеспечивают высокий уровень встроенных функциональных возможностей, включая автоматические алгоритмы для программирования, поблоковое и почиповое стирание и защиту блоков для предотвращения случайного программирования или стирания.
    Занимая 15% рынка, Toshiba является вторым крупнейшим поставщиком статических ОЗУ в Европе. Особенно активно компания работает в области создания статических ОЗУ для GSM-аппаратуры и в настоящее время выпускает схемы на 256 К, 1 Мб и 4 Мб. Новейшие разработки 1-Мб схем выполнены по 0,4 мкм КМОП-технологии, предлагаются в вариантах на 3 В и 5 В и имеют организацию 128 ґ 8, снижающую время доступа до 70 нс. Недавно объявленная серия низковольтных 1-Мб статических ОЗУ, предназначенная специально для GSM- аппаратуры, работает в диапазоне 2,7–3,6 В и гарантирует сохранение данных при падении напряжения до 2 В. Эти схемы поставляются в корпусах SO, TSOI и STSO, размеры последнего — всего 8 ґ 13,4 мм.

Интеграция флэш-памяти НЕ-ИЛИ и статического ОЗУ — многочиповые модули МСР

Возможно самым выдающимся технологическим достижением в области разработки запоминающих устройств для GSM-сектора является МСР, единое устройство, объединяющее флэш-память НЕ-ИЛИ и статиче-ское ОЗУ в одном квадратном корпусе размером около 1 см. Toshiba, Fujitsu и NEC согласовали единые технические условия на эти модули-этажерки, что гарантирует стабильное предложение, поскольку все три компании могут выступать в качестве вторых поставщиков друг для друга.
    В апреле 1997 года Toshiba и Fujitsu первыми начали выпуск многочипового модуля МСР в корпусах BGA. В этом модуле схемы флэш-памяти и статические ОЗУ установлены в одну линию в едином корпусе. В последних разработках, однако, флэш-память и статиче-ское ОЗУ устанавливаются друг на друга. В результате разработчики получили возможность интегрировать функции хранения программ и обеспечения функциональности в едином устройстве, которое может сэкономить до 40% площади платы по сравнению с версиями, содержащими дискретные схемы флэш-памяти и статического ОЗУ. Например, размеры выпускаемого компанией Toshiba МСР с 16-Мб флэш-памятью и 4-Мб статическим ОЗУ, составляют 9ґ12ґ1,4 мм. В то же время, интеграция двух технологий упрощает аппаратуру, уменьшая длину разводки между шиной и ЗУ на 50%.
    Новая МСР-технология базируется на конструкции корпуса BGA с расстоянием между выводами 0,8 мм и предназначена для поддержки максимально широких комбинаций флэш-памяти и статических ОЗУ с сохранением совместимости по разводке выводов со всеми версиями. В результате запланирован выпуск всех сочетаний флэш-памяти емкостью от 4 до 128 Мб и статических ОЗУ емкостью от 1 до 16 Мб. Все корпуса содержат вывод, позволяющий осуществлять переключение между 8- и 16-бит выходами и поддерживать различные комбинации флэш-памяти и статических ОЗУ, в т. ч. 8 бит – 8 бит, 8 бит – 16 бит и 16 бит – 16 бит. Для выполнения требований по низковольтному питанию современной GSM-аппаратуры новые МСР будут поставляться в различных модификациях — с рабочим напряжением 3,6, 2,7 В, а в будущем — 1,8 В.

Будущее

Запуск новой модульной МСР-технологии в сочетании с тем фактом, что она поддерживается многочисленными поставщиками, делает подобные устройства де-факто стандартными для GSM-аппаратуры в будущем. Toshiba, Fujitsu и NEC планируют индивидуально производить сборки МСР с 16 или 32 Мб флэш-памятью и 2 или 4 Мб статическими ОЗУ, в то время как другие изготовители полупроводниковых приборов, такие как Samsung, Seiko Epson и Hyundai, поддерживают МСР как де-факто стандарт, подписавшись под техническими условиями на существующие МСР.
    И, наконец, поскольку размеры чипа статического ОЗУ уменьшены, что удовлетворяет требованиям новой МСР-технологии, Toshiba смогла дополнительно уменьшить размеры дискретных схем статических ОЗУ. В результате, производители GSM-аппаратуры, которые еще не готовы использовать МСР-технологию, могут, тем не менее, извлекать преимущества из существенного уменьшения размеров приборов.

CIE, январь 1999 г.
Перевод В. Худыкиной