距離中國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)升級電網(wǎng)基礎設施，以大數據、云計算、5G、邊緣計算等技術(shù)實(shí)現傳統電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，將隨著(zhù)承擔“拉動(dòng)經(jīng)濟”重任的“新基建”而加速，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統基礎建設中的重要性不言而喻。而作為電力網(wǎng)絡(luò )化數據采集的唯一設備，智能電表是用戶(hù)側泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎，智能電表的技術(shù)創(chuàng )新可以說(shuō)從根本上影響著(zhù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展

針對這波大規模的市場(chǎng)熱潮，富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監馮逸新近日在一次研討會(huì )上也表示：“智能表計作為富士通長(cháng)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)展潛力依然看好?！?/p>

 隨風(fēng)而起，FRAM筑造堅固數據存儲

電子設計的一個(gè)主要考慮因素是降低總功耗的同時(shí)提高可靠性。設計人員必須考慮增加功能，同時(shí)減少系統的功率預算，以實(shí)現更長(cháng)久的電池壽命。但是與此同時(shí)，嵌入式軟件正變得日益復雜，需要配備更多的存儲器，但這一點(diǎn)對功耗也有了進(jìn)一步要求?！皩τ谥悄鼙碛嫸?，數據記錄及存儲是非常重要的。因此，智能表計方案商需考慮挑選合適的存儲產(chǎn)品予以應對?！瘪T逸新指出。中國政府從2018年開(kāi)始對水表進(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的載波方案逐漸轉變?yōu)镹B-IOT平臺，對于平臺里的采集器和集中器對數據采集和數據傳送的無(wú)遲延和可靠性也都有了更高的要求。

“富士通FRAM在智能表計行業(yè)已深耕十多年之久，全球表計出貨超1億片。針對新一代標準下的智能表計，富士通推出了眾多創(chuàng )新型存儲產(chǎn)品，如FRAM鐵電存儲器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標準存儲器被廣泛采用，在中國、東南亞、歐洲、南美、北美等地區擁有很大的市場(chǎng)占有率?！?馮逸新表示。據悉，威勝集團、海興電力、林洋能源、Itron、西門(mén)子等業(yè)界主流的電表供應商都是富士通FRAM的客戶(hù)，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商，也將FRAM作為其準確記錄和存儲關(guān)鍵數據的標準元件。

四大關(guān)鍵特性，助力表計產(chǎn)品性能升級

FRAM的三大優(yōu)勢我們都很熟悉，那就是高速寫(xiě)入、耐久性、以及低功耗，而針對智能表計應用，它還擁有第四大優(yōu)勢——超高的安全性。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，企業(yè)與消費者對數據保密與安全的認知進(jìn)一步提升。若遇到黑客違法盜取及分析電表的機密數據，將導致大范圍的信息泄露。對此，富士通FRAM賦予了智能表計應用的安全性?xún)?yōu)勢，就是防止黑客盜竊或篡改數據。當黑客的篡改事件發(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，瞬間消去重要數據，從而確保電力用戶(hù)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)間內擦除256bit的數據，相比EEPROM擁有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

安全性的第二個(gè)表現，則是基于高寫(xiě)入速度。以256kb獨立FRAM存儲器為例，每寫(xiě)入1Byte數據，所需時(shí)間僅為150ns。因此，富士通FRAM在智能電表應用中帶來(lái)了關(guān)鍵的優(yōu)勢：掉電保護重要數據。電表使用的重要數據，需要在非常短的間隔(1-3次/秒)里保存在存儲器，并確保掉電情況下數據依然完整。對于表計計量和抄表系統而言，維護數據記錄的準確性就是防止國家資源流失，從而確保國家能高效完整回收資金。

耐久性則是智能表計（特別是集中器）最基本的需求。按照國家電網(wǎng)規定，重要數據必須以1次/秒的頻率實(shí)時(shí)記錄到存儲器，按照智能電表10年運行周期來(lái)計算，存儲器需達到寫(xiě)入次數至少為：1*60*60*24*365*10=3.2億次。作為非易失性存儲器，FRAM具有接近SRAM和DRAM這些傳統易失性存儲器級別的高速寫(xiě)入速度，讀寫(xiě)周期是傳統非易失性存儲器的1/30000，但讀寫(xiě)耐久性卻是后者的1,000萬(wàn)倍，達到了10萬(wàn)億次，可實(shí)現高頻繁的數據紀錄 (實(shí)時(shí)的記錄)。若按5ms一次讀寫(xiě)頻率來(lái)計算，達到10萬(wàn)億次花費的時(shí)間是1,585年，相當于可以從唐朝寫(xiě)到現在！與之相對， EEPROM只有100萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命，若按此讀寫(xiě)頻率，1個(gè)半小時(shí)就會(huì )報廢，更別說(shuō)只有10萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命的Flash了。另外，FRAM的數據保持時(shí)間也極長(cháng)，在85℃環(huán)境下，可以達到至少10年。

至于低功耗的優(yōu)勢，則在智能水氣表中得以體現。在水表/氣表系統中，從集中器到每家每戶(hù)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(xiě)壽命長(cháng)、功耗極低又利于延長(cháng)電池使用壽命的FRAM實(shí)現了極大的差異化優(yōu)勢。以64Byte數據寫(xiě)入為例，FRAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440，可以輕松應對實(shí)時(shí)、頻繁存儲數據的工作模式，這不僅大大延長(cháng)了電池壽命降低維護成本，更有助于電池與設備的小型化。

完善的存儲產(chǎn)品陣列，表計數據存儲再添B計劃

FRAM的優(yōu)勢雖然明顯，但如果單純使用FRAM，成本相比EEPROM以及Flash來(lái)說(shuō)勢必是略有升高的。而智能電表，特別是單相電、水、氣、熱表對方案成本的要求通常非?？量?，因此如何讓產(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。 

在實(shí)際應用中，富士通建議采用超低容量FRAM (4Kbit)與EEPROM并用，幫助實(shí)現低成本的電、水、氣、熱智能表計方案。 “采用FRAM與EEPROM并用的方案設計可實(shí)現智能表計的高可靠性與安全性，并在整體方案架構上省去用于EEPROM掉電保護的大電容，從而有效地降低系統整體的BOM成本?！?馮逸新表示。為滿(mǎn)足用戶(hù)在低成本和高性能的完美平衡，富士通FRAM存儲器推出了用于計量模塊的I2C接口的3V、5V電源電壓驅動(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存儲器。這些產(chǎn)品最大的優(yōu)勢是高速寫(xiě)入，高寫(xiě)入操作耐久性和高可靠性，適用于智能四表的掉電保護等高可靠性設計要求。

“另外，針對工業(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(cháng)時(shí)間保持數據的流量?jì)x表的最佳解決方案?！瘪T逸新稱(chēng)，“目前第一代產(chǎn)品4Mbit早已量產(chǎn)之中，第二代產(chǎn)品8Mbit已經(jīng)開(kāi)始供給ES樣品，未來(lái)第三代產(chǎn)品將開(kāi)發(fā)SPI 2M bit產(chǎn)品，可用于替代EEPROM，應用于需要高溫操作的工業(yè)電表等應用當中?！?/p>

同時(shí)，富士通業(yè)已著(zhù)手開(kāi)發(fā)與試產(chǎn)下一代高性能存儲產(chǎn)品——NRAM。其同時(shí)繼承了FRAM的高速寫(xiě)入、高讀寫(xiě)耐久性，又具備與NOR Flash相當的大容量與造價(jià)成本，并實(shí)現很低的功耗。在智能表計使用中，一個(gè)NRAM就可以替代電、水、氣、熱表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存儲單元，不僅減少了存儲器的使用數量，也有利于系統工程師簡(jiǎn)化設計上的難度。

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，勢必引發(fā)存儲行業(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)，我們堅信這必將是一個(gè)劃時(shí)代的存儲器解決方案！” 

總結

“富士通工業(yè)級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，從1999年至今，總共出貨達41億顆！” 馮逸新總結道。事實(shí)上，除了表計關(guān)鍵數據存儲，富士通FRAM產(chǎn)品還應用于RFID、醫療電子、汽車(chē)電子等廣泛的領(lǐng)域，某種程度上來(lái)說(shuō)，小小的FRAM存儲器正在廣泛賦能各行各業(yè)的創(chuàng )新應用！以目前智能表計行業(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)鍵數據存儲的變革做起實(shí)現更多的創(chuàng )新將加速產(chǎn)品和行業(yè)的升級。