绿色环保存储器

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鉴于环境问题越来越受到人们的广泛关注，全球电子行业已开始致力于在市场上推出低能耗的产品。白色家电的能耗等级是人们关注的销售数据，参考能耗的高低有助于控制电费；现在，我们更意识到能耗低不仅可以降低电费，而且还有助于环保。

       设计工程师都正努力地降低产品的功耗，希望让产品在整个生命周期（如25年）只需要一个电池即可。而目前的发展趋势是：超低功耗正为几乎不需要电池的新产品种类开路，并以“能量收成”的概念为基础 (即从环境中取得能量来为产品供电)。

       这些产品的关键是能够以极低的功耗进入休眠状态，其功耗之低就像设备基本上关机，因为即使休眠状态也会消耗功率。而且只要产品在重启时能够记忆其状态，关机就不成问题。因此，具较低工作电流与高写入耐用性的非易失性存储器应运而生。具备这些特点的存储器，就可以生产出不需要插电及更换新电池的设备。

       针对这些要求，我们看看非易失性串行存储器技术，即用于存储配置数据的通用存储器结构的功耗。此处比较了 F-RAM (铁电存储器)、EEPROM与闪存三种技术。因为闪存只能使用串行外设接口（SPI），我们将它与SPI版本的EEPROM与F-RAM进行比较。

       为了此项研究，我们计算和比较了每种存储器技术执行写入与擦除所耗用的能量。能量是一种很好的比较方法，因为它考虑了任务的持续时间及执行任务所需的电能。
       能量=功率×时间。使用公式“功率=伏特×安培”来代替功率，可以得到“能量=伏特×安培×时间”。

       我们选择对写入与擦除进行比较，因为这三种存储器技术在这些任务中差别最大，而读入过程即使在工作速度、电压及电流消耗不同时，对每种技术来说也都大致相同。有人可能认为，串行接口的速度在此处起到重要的作用，然而，当以不同的SPI总线速度对相同部分进行重复计算时，所消耗的总能量大致保持不变 (我相信爱因斯坦的能量守恒定律在此处适用)。

        为了消除任何与计算SPI总线开销有关的问题 (比如发布命令与建立地址)的影响，我们采用了可观的数据量，准确的说是64Kb，进行比较。

        此外，EEPROM与闪存技术采用页面缓冲器，让更大数量的数据可同时写入，从而加快写入过程。当数据量是页的整数时，这些页的效率最高。F-RAM 没有页面缓冲器，因为它能够以与SPI总线输送数据同样快的速度写入数据。

        F-RAM与EEPROM没有擦除时间，闪存则需要相当长的时间来擦除扇区。因此，我们将比较它需要多长时间来擦除64Kb数据及写入新数据。

        最后，必须知道制造商提到功耗时并不是使用一致的标准。某些设备可能指定在Vcc=1.8V下工作，但其资料表提供的却是Vcc=2.5V。此处所用的数值是资料表中规定的最差情况数值。

        串行数据闪存擦除页/扇区时，需要耗用大量的能量，因为这些操作耗时较长。EEPROM与闪存使用轮询 (polling) 技术，而不是等待一段最差情况所需的时间来完成操作，从而减少了两者的能量要求。资料表没有清楚显示当写入/擦除完成时，写入/擦除周期中消耗的电流是否自动逐步减少或是否继续。

        以上结果表明，F-RAM技术与其他非易失性存储器技术相比具有明显优势。其能量消耗仅为位居第二的最佳替代方案的1/60，仅为运作最佳的串行数据闪存的约1/400。