過(guò)去十年，智能電表大范圍替代傳統(tǒng)電表的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的一個(gè)縮影。中商產(chǎn)業(yè)研究院相關(guān)報(bào)告指出，預(yù)計(jì)2021年全球智能電表市場(chǎng)營(yíng)收規(guī)模將達(dá)142.2億美元，與2016年的88.4億美元、2017年的97.2億美元相比，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約10%。而Navigant Research研究報(bào)告指出，中國(guó)在2018年第一季度持續(xù)引領(lǐng)全球智能電表市場(chǎng)，安裝量超過(guò)4.96億臺(tái)，占全球總量的68.4%，并正在向下一代智能電表發(fā)展。
圖1：中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)2021年全球智能電表市場(chǎng)營(yíng)收規(guī)模
由此看來(lái)，中國(guó)智能電表行業(yè)已全面落地，這是否意味著電表市場(chǎng)將趨于平穩(wěn)？非也。智能電表屬于強(qiáng)制檢定設(shè)備，到期需要更換，更換周期一般為5-10年。值得一提的是，國(guó)家電網(wǎng)發(fā)布智能電網(wǎng)規(guī)劃、并啟動(dòng)大規(guī)模智能電表安裝的時(shí)間點(diǎn)正是2009年，這表示中國(guó)的智能電表市場(chǎng)正處于集中替換周期。對(duì)于智能電表行業(yè)的供應(yīng)鏈而言，無(wú)疑是重磅的利好消息！日前，富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監(jiān)馮逸新在一次公開(kāi)研討會(huì)上表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)：“智能表計(jì)行業(yè)是富士通長(zhǎng)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。”對(duì)此，富士通推出了眾多創(chuàng)新型存儲(chǔ)產(chǎn)品，如FRAM鐵電存儲(chǔ)器在智能電表行業(yè)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器被廣泛采用，在中國(guó)、歐洲、北美等地區(qū)擁有很大的市場(chǎng)占有率，比如威勝集團(tuán)、海興電力、林洋能源、Itron、西門子等業(yè)界主流的電表供應(yīng)商都是富士通FRAM的客戶。
累計(jì)出貨超八千萬(wàn)，富士通FRAM強(qiáng)勢(shì)進(jìn)擊電表市場(chǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)鏈上如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用提出了更高的要求。對(duì)于智能電表而言，數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)需要考慮準(zhǔn)確記錄、非易失性、耐久度等多個(gè)方面的需求。因此，智能電表方案商需考慮挑選合適的存儲(chǔ)產(chǎn)品予以應(yīng)對(duì)。馮逸新稱：“富士通FRAM在需要準(zhǔn)確記錄和存儲(chǔ)智能電表重要數(shù)據(jù)的應(yīng)用中、發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如電表使用的重要數(shù)據(jù)，需要在非常短的間隔(1-3次/秒)里保存在存儲(chǔ)器，并確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整。”
圖2：智能電表選用FRAM可確保掉電情況下數(shù)據(jù)依然完整
以256Kb獨(dú)立FRAM存儲(chǔ)器為例，每寫入1Byte數(shù)據(jù)，所需時(shí)間僅為150ns。因此，富士通FRAM在智能電表應(yīng)用中帶來(lái)了關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：掉電保護(hù)重要數(shù)據(jù)。國(guó)家電網(wǎng)公司也有規(guī)定，重要數(shù)據(jù)必須以1次/秒的頻率實(shí)時(shí)記錄到存儲(chǔ)器，按照智能電表10年運(yùn)行周期來(lái)計(jì)算，存儲(chǔ)器需達(dá)到寫入次數(shù)為：1*60*60*24*365*10=3.2億次。當(dāng)前，單片F(xiàn)RAM寫入次數(shù)壽命高達(dá)10萬(wàn)億次，而EEPROM僅有百萬(wàn)次。顯然，選用高速、高讀寫耐久性的富士通FRAM能夠滿足數(shù)據(jù)寫入性的要求，并在掉電或者其它異常情況發(fā)生時(shí)，能確保重要數(shù)據(jù)的完整記錄，從而確保電力產(chǎn)業(yè)的準(zhǔn)確收費(fèi)。馮逸新自豪地表示：“富士通FRAM在智能電表行業(yè)已深耕10年之久，內(nèi)置有富士通FRAM的智能電表是當(dāng)前電力公司所追求的理想解決方案！2018年，富士通FRAM面向全球電表客戶已累計(jì)交貨8,000萬(wàn)片，為智能電表行業(yè)提供高性能、高可靠的存儲(chǔ)方案！”
圖3：面向全球電表客戶的富士通FRAM產(chǎn)品已累計(jì)交貨8,000萬(wàn)片
不僅如此，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，企業(yè)與消費(fèi)者對(duì)數(shù)據(jù)保密與安全的認(rèn)知進(jìn)一步提升。若遇到黑客違法盜取及分析電表的機(jī)密數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致大范圍的信息泄露。對(duì)此，富士通FRAM賦予了智能電表應(yīng)用的另一優(yōu)勢(shì)，就是防止黑客盜竊或篡改數(shù)據(jù)。當(dāng)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(shù)據(jù)，從而確保電力用戶的信息安全。例如FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時(shí)間內(nèi)擦除256bit的數(shù)據(jù)，相比EEPROM擁有顯著的優(yōu)勢(shì)。
圖4：智能電表防止黑客盜竊或篡改信息的系統(tǒng)構(gòu)成及FRAM高速擦除數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)
基于FRAM實(shí)現(xiàn)低成本“通用”智能表計(jì)方案
經(jīng)過(guò)智能電表市場(chǎng)的長(zhǎng)期驗(yàn)證，富士通FRAM產(chǎn)品在不斷優(yōu)化性能與降低成本的同時(shí)，也逐步轉(zhuǎn)向更廣泛的智能表計(jì)市場(chǎng)，如水表、熱表、燃?xì)獗淼阮I(lǐng)域。“水、氣表這些行業(yè)與電表的市場(chǎng)規(guī)律有一定的差異，”馮逸新表示，“最明顯的一點(diǎn)就是水表、氣表必須選用電池供電，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。”
據(jù)介紹，富士通FRAM在近幾年也逐漸打入全球智能水、氣表的主流供應(yīng)鏈，成為準(zhǔn)確記錄和存儲(chǔ)智能水、氣表重要數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)元件。富士通FRAM在智能水、氣表中的應(yīng)用，與智能電表類似，如非易失性與高寫入耐久性確保了準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)記錄。此外，由于水、氣表使用電池供電，F(xiàn)RAM擁有超低功耗的特性使之備受方案商的青睞。以64Byte數(shù)據(jù)寫入為例，F(xiàn)RAM的功耗僅僅是EEPROM的1/440，可以輕松應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)、頻繁存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的工作模式，這不僅大大延長(zhǎng)了電池壽命，更有助于電池與設(shè)備的小型化。
圖5：富士通FRAM在智能水、氣表計(jì)中的應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用中，富士通建議采用超低容量FRAM (4Kbit)與EEPROM并用，幫助實(shí)現(xiàn)低成本的電、水、氣、熱智能表計(jì)方案。馮逸新表示：“智能電表，特別是單相電、水、氣、熱表對(duì)方案成本的要求非常苛刻，采用FRAM與EEPROM并用的方案設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)智能表計(jì)的高可靠性與安全性，并在整體方案架構(gòu)上省去用于EEPROM掉電保護(hù)的大電容，從而有效地降低系統(tǒng)整體的BOM成本。”
圖6：基于FRAM打造低成本的智能表計(jì)方案
性能突破、造價(jià)更低，下一代存儲(chǔ)“神器”NRAM已在路上！
如上文提及，富士通FRAM已經(jīng)能夠滿足智能表計(jì)應(yīng)用的各類需求，但富士通已投入開(kāi)發(fā)與試產(chǎn)下一代高性能存儲(chǔ)產(chǎn)品——NRAM。NRAM是富士通與Nantero公司協(xié)議授權(quán)后，共同打造的下一代顛覆性新型存儲(chǔ)器，因?yàn)樗瑫r(shí)繼承了FRAM的高速寫入、高讀寫耐久性，又具備與NOR Flash相當(dāng)?shù)拇笕萘颗c造價(jià)成本，并實(shí)現(xiàn)很低的功耗。以智能表計(jì)方案為例，使用一個(gè)NRAM就可以替代電、水、氣、熱表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存儲(chǔ)單元，不僅減少了存儲(chǔ)器的使用數(shù)量，也有利于系統(tǒng)工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)上的難度。
圖7：基于富士通NRAM可簡(jiǎn)化智能表計(jì)方案設(shè)計(jì)
作為NRAM的第一代產(chǎn)品，16M bit的DDR3 SPI接口產(chǎn)品最快將于2020年底上市，勢(shì)必引發(fā)存儲(chǔ)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(jiān)信這必將是一個(gè)劃時(shí)代的存儲(chǔ)器解決方案！敬請(qǐng)期待！”