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物聯網和可穿戴裝置:改寫記憶體設計思維

上網時間: 2015年09月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:物聯網  可穿戴裝置  NOR  NAND  記憶體 

作者:Howard Sian,美光科技可穿戴解決方案資深業務開發經理

幾十年來,腕錶式無線電對講機經常出現在漫畫和科幻小說中,但對於工程師來說,真正實現這樣的技術並不像作家憑空想像那麼簡單。時至今日,這樣的場景才終於接近現實生活。如果說目前無所不在的智慧型手機是《星艦迷航記》(Star Trek)中的通訊器化身,那麼可穿戴裝置(如智慧手錶、健身腕帶或是將我們的手指變成手勢控制器的指環),將緊接著為大家帶來最新的高科技小玩意兒。

但可穿戴裝置並不僅僅是現有行動裝置的演進,其實體尺寸和電路要求與智慧型手機有著極大的不同,使其得以隸屬於完全不同的硬體類別。在實體尺寸、電池容量和使用環境(防水防震等特性對可穿戴裝置來說要重要得多)的差異,意味著可穿戴裝置在設計上具有不同的要求和侷限性。開發人員不能指望僅調整現有智慧型手機尺寸就能實現可用的智慧手錶。

例如,比較兩種在各自領域中領先的不同產品,以Pebble智慧手錶和iPhone 5S智慧型手機為例:在封裝密度方面,前者的外殼僅為43×34mm,大約是4英吋螢幕iPhone手機表面積的1/5。在10mm厚的封裝外殼內,Pebble的設計者必須使其容納一個2.3英吋的LED顯示器以及一個包含記憶體、系統級晶片(SoC)控制器、各種感測器、藍牙(Bluetooth)晶片和電池的電路板。所有的元件都被設計在一個雙面的電路板上,相關元件和互連的空間極其有限,但對於消費者來說,手錶自然是越薄越好。

對於可穿戴裝置的設計要求並不止於封裝。由於容納電池的空間有限,產品在執行和待機模式下均需極為省電,但又必須能即時啟動,支援藍牙通訊,以及無縫地執行使用者設定的應用程式。沒有人會僅僅為了看時間而購買智慧手錶。

不同於漫畫書中所描述的是,很少有人希望用智慧手錶、連網智慧眼鏡或健身腕帶來取代智慧型手機,因而在某種程度上降低了設計的困難度。而智慧型手機也正發展成為多功能中樞,可支援並連接越來越多的可穿戴裝置。這也意味著大多數可穿戴裝置都不需要大容量、永久性儲存或快速的多核心處理器。因此,綜合考慮容量、尺寸和用電量要求,可穿戴裝置是使用NOR快閃記憶體(Flash)的理想平台。

NOR Flash最適用於可穿戴裝置

在智慧型手機能夠儲存一季值得收藏的電視節目或一套完整的音樂資料庫之前——即手機還只能用來通話之際——NOR Flash曾是手機首選的永久性儲存介質。它不像NAND一樣成序列地儲存多個位元(bit),透過犧牲隨機存取的方式來換得密度和寫入速度;NOR可說更像是傳統的DRAM一樣,可以分別讀寫每一個記憶體單元,而不是一次讀寫整個區塊。

這意味著NOR適用於可在本地執行而無需先另行複製到不同RAM快取的應用程式碼。隨機存取還意味著NOR Flash具備高速讀取速度——高達20MB/s序列週邊介面(SPI)以及高達250MB/s平行NOR設計的吞吐量。

在可穿戴裝置中選擇使用NOR Flash取代NAND具有明顯的益處。NOR Flash的直接程式碼執行能力可顯著縮短啟動時間,因而能讓裝置即時啟動。同樣地,程式碼執行無需RAM也意味著待機時的用電量大幅降低,因此在可穿戴裝置封裝中必須使用微型電池的條件下,可使裝置的使用時間加以延長。

由於可穿戴裝置一般都會連接到另一台裝置,透過該裝置連接至網際網路服務和資料庫,因而無需儲存太多本地資料。相較於音訊和視訊檔的容量而言,就算是記錄一整天的健康和健身測量資料都是微不足道的。有鑒於可穿戴裝置的空間十分有限,NOR Flash的容量與晶片尺寸比NAND更適合應用程式的需求。


圖1:美光NOR Flash多晶片封裝尺寸比較

(下一頁繼續:重新思考可穿戴裝置和IoT的系統設計)


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