Soluciones de memoria de alto rendimiento para sistemas empotrados e informáticos

La computación moderna y los sistemas empotrados a menudo combinan varias funciones en una sola plataforma. Un controlador de automoción, por ejemplo, puede necesitar arrancar el firmware, procesar datos de sensores en tiempo real, controlar pantallas y registrar eventos de diagnóstico. Los servidores empresariales, los controladores de almacenamiento RAID y las líneas de productos de red asimismo arrancan desde el firmware, almacenan datos de trabajo de gran ancho de banda en búfer y registran eventos operativos bajo estrictos requisitos de latencia.

Cada una de estas tareas impone diferentes exigencias al rendimiento de la memoria. El almacenamiento de firmware requiere un acceso no volátil rápido y fiable. Los procesadores necesitan memoria de trabajo de baja latencia para los datos activos, mientras que las cargas de trabajo de gráficos e imágenes requieren una memoria de alta capacidad con un ancho de banda considerable. Por su parte, el registro de eventos y diagnósticos requiere una resistencia de escritura lo suficientemente alta como para sobrevivir a las reescrituras constantes.

Ninguna tecnología de memoria individual cubre todos estos requisitos. Muchos sistemas combinan varias, seleccionando cada una en función de factores como la velocidad, el ancho de banda, la capacidad, la resistencia de escritura, el consumo de potencia y la retención de datos. Adaptar la memoria a la función permite a los diseñadores de sistemas lograr el rendimiento y la fiabilidad del sistema sin añadir costes ni complejidad innecesarios.

Infineon aborda estos requisitos con una amplia cartera de memorias especializadas que abarca la Flash NOR de alto rendimiento, memoria de acceso aleatorio estática (SRAM), RAM pseudoestática (pSRAM), RAM ferroeléctrica (F-RAM) y SRAM no volátil (nvSRAM), cubriendo aplicaciones desde el almacenamiento de código y memoria de trabajo de alta velocidad hasta la expansión de memoria y la captura de datos persistentes.

Emparejamiento de las tecnologías de memoria de Infineon con la carga de trabajo

La cartera de Infineon abarca tecnologías volátiles y no volátiles, con densidades que van desde kilobits hasta gigabits, siendo la Flash NOR la que lidera el segmento no volátil. La memoria Flash SEMPER NOR de Infineon retiene los datos durante 25 años y tolera más de un millón de ciclos de programación y borrado. Su capacidad de lectura aleatoria rápida admite la ejecución in situ (XiP), lo que permite a los procesadores compatibles ejecutar código directamente desde la memoria Flash externa y reducir la latencia de arranque.

Infineon ofrece dispositivos en serie y en paralelo de 64 Mb a 4 Gb, con tasas de producción de lectura de hasta 400 Mbps. La familia SEMPER incluye un arranque seguro y un código de corrección de errores (ECC) en el chip para la seguridad funcional, como en el quad SPI S25HL512TFAMHI010 de 512 Mb (Figura 1), mientras que SEMPER Secure añade una raíz de confianza de hardware para actualizaciones seguras por aire (OTA).

Figura 1: La memoria Flash SEMPER NOR S25HL512TFAMHI010 almacena 512 Mb de código de arranque y admite XiP a través de una interfaz quad SPI. (Fuente de la imagen: Infineon Technologies)

Una vez que el sistema está en marcha, la SRAM gestiona el acceso rápido y predecible a los datos de trabajo. Evita el refresco periódico que requiere la DRAM, por lo que resulta ideal para el almacenamiento en búfer, el almacenamiento en caché, el procesamiento de paquetes y los datos de control sensibles a la latencia. Su matriz también tolera reescrituras ilimitadas. Infineon cubre dispositivos SRAM asíncronos de bajo consumo y síncronos de alta velocidad, desde 256 kb hasta 144 Mb, para sistemas de redes, médicos, aeroespaciales y de defensa. El CY7C1041G30-10ZSXI (figura 2), por ejemplo, es un dispositivo de 4 Mb asíncrono con un tiempo de acceso de 10 ns.

Figura 2: El CY7C1041G30-10ZSXI es una SRAM asíncrona de 4 Mb con un tiempo de acceso de 10 ns. (Fuente de la imagen: Infineon Technologies)

pSRAM responde a los diseños que necesitan mucha más RAM de la que la SRAM proporciona de forma económica. Los dispositivos HYPERRAM de Infineon alcanzan de 64 Mb a 512 Mb utilizando una celda dinámica más densa, gestionando la actualización internamente para que el host vea una memoria estática. Sus interfaces HYPERBUS y Octal xSPI de bajo recuento de pines ofrecen ese ancho de banda a través de menos conexiones de host que un bus paralelo convencional, lo que admite gráficos, contenido audiovisual y almacenamiento en búfer de imágenes en cuadros de instrumentos automotrices, HMI industriales y sistemas de visión artificial.

Por otra parte, la F-RAM se dirige a los datos que deben escribirse con frecuencia y conservarse a través de la pérdida de energía. La F-RAM de Infineon escribe a la velocidad del bus sin ciclo de borrado ni retardo de escritura, y admite hasta 100 billones de ciclos de lectura/escritura, lo que proporciona un almacenamiento no volátil con una resistencia casi ilimitada. Su baja energía de escritura también beneficia a los diseños alimentados por batería y sensibles a la energía.

La nvSRAM protege el mismo tipo de datos que la memoria F-RAM, pero mediante un mecanismo diferente, al combinar una matriz de SRAM con celdas no volátiles QuantumTrap basadas en SONOS. En funcionamiento normal, el dispositivo se comporta como una memoria SRAM. Cuando se interrumpe la potencia, su contenido se transfiere automáticamente a celdas no volátiles y se recupera al restablecerla, lo que permite a los controladores de alto rendimiento, los medidores inteligentes y los enrutadores de red preservar los datos de funcionamiento que cambian rápidamente ante un apagado inesperado. Los dispositivos en paralelo como CY14B101NA-ZS25XI, una parte de 1 Mb con un tiempo de acceso de 25 ns, conservan los datos durante más de 20 años y eliminan las baterías de respaldo y los supercapacitores que tales diseños requerirían de otro modo.

Rendimiento respaldado por una disponibilidad a largo plazo

Disponer de las cinco tecnologías de memoria en una sola cartera puede simplificar la selección y el suministro para los sistemas que requieren múltiples tipos de memoria. Infineon también ofrece asistencia para sus dispositivos a través de asociaciones de chipsets, controladores de software, SDK, herramientas de desarrollo y otros recursos del ecosistema destinados a simplificar la integración de la memoria.

La continuidad del suministro es especialmente importante para la automoción, el sector industrial y otros sistemas que pueden permanecer en producción o servicio durante muchos años. Sustituir un dispositivo de memoria que se ha integrado por completo en los flujos de trabajo a mitad de un programa puede obligar a realizar cambios complejos y costosos en la placa, validación de software y recalificación del producto. Este riesgo es más agudo ahora, ya que la demanda de infraestructura de IA reduce el suministro de memoria e impulsa precios más altos en toda la industria.

Infineon respalda su cartera de memoria con una fabricación diversificada a nivel global, asociaciones establecidas con conjuntos de chips y programas de disponibilidad a largo plazo, que incluyen más de 10 años de disponibilidad de productos para los dispositivos de memoria cubiertos.

Conclusión

Los sistemas de alto rendimiento dependen de tecnologías de memoria optimizadas para diferentes cargas de trabajo. Infineon reúne Flash NOR, SRAM, pSRAM, F-RAM y nvSRAM en una sola cartera. Al estar combinada con su experiencia en memoria, su ecosistema de desarrollo y sus compromisos de suministro a largo plazo, la cartera ofrece a los diseñadores una amplia base de memoria para sistemas integrados fiables de tipo automotriz, industrial, informático y de otro tipo.