绿色环保存储器

　　采用具有低工作电流和高写入耐用性的非易失性存储器，才能生产出不需要插电的设备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(poiling)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。