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满足5G无线基础设施的故障保护要点

[电线电缆网]新闻

如果你关注5G新闻,你会知道它可以显著提高带宽,最高可达10Gbps。此外,它还具有小于1毫秒的系统延迟,与现有的采集相比,功耗大大降低。5G将在工业物联网、车与车之间的通信、互联的边缘竞争等领域实现大量新的应用。除了高带宽和超低延迟之外,这些应用还需要具备另外两个不太重要的特性,即99.99%的可靠性和24x7的可用性。本文讨论了NOR闪存在无线基础措施应用中的主要选择标准。

手艺

为了在压缩的上市时间内应对不断变化的市场规模,现场可编程门阵列(FPGA)和片上互补系统(SoC)已经广泛应用于各种无线基础设施中。每次系统启动时,都需要配备FPGA和SoC。可编程门阵列和片上系统芯片可以通过各种类型的存储器进行设置,如闪存、eMMC、非托管与非卡和SD卡。与NAND闪存(托管或非托管)和SD卡不同,NOR闪存可在初始响应和启动期间提供高可靠性、低延迟,并可在市场上存活10年或更长时间。此外,与浮栅技术相比,镜像位技术(每个存储单元存储两位)支持更大的密度缩放。更高的密度可以实现5G无线基本措施所需的单芯片1Gb和更高密度的NOR闪存产品。由于这些特点,或非门闪存已被广泛应用于无线根节点倡议,以建立现场可编程门阵列和片上系统芯片,从而快速和可靠地启动这些设备。

密度

5G可以使用低于6千兆赫的频带和28千兆赫的频带。这些载波频率比典型的4G长期演进频率高得多。尽管随着频率的增加,更高的载波频率可以支持更多的信道,但是传播将变得更差。在这些频率下,因为自由空气衰减,旗帜不能穿透固体,所以接触仅限于短程视线。

因此,收发器将不得不依赖于波束形成等技术。波束形成供应彼此紧密相关,以增加接收端的标志,但是小区必须彼此更紧密相邻。多输入多输出天线及其射频前端是实现5G接入单元的链路。对于基站,天线可以是64x64阵列。64x64多输入多输出将突发转发(天线和数字前端之间的连接)带宽要求。与4G LTE数字单元相比,接入单元中使用的FPGA/SoC必须具有更多的逻辑元件(更高的密度)、更高的数字信号处理能力和更多的收发器。这些要求的增加将导致更大的设置图像,需要更高密度的单芯片或非门闪存用于现场可编程门阵列/片上系统配置。对于5G访问单元,此密度限制为512Mb至2Gb。

连接

FPGA和SoC可以处理两种不同的接口类型(并行和串行)来设置/启动闪存。虽然并行接口支持更快的读写时间,但是接口需要太多的输入输出。例如,考虑将1Gb并行或非闪存连接到FPGA接口,所需的输入输出数量为49。然而,随着密度的每一次增加(2G、4G、8G等。),引脚数量增加1。

或非闪存串行接口基于主机上常用的串行接口。它使用串行接口(1位)、双串行接口(2位)、四路串行接口或四路串行接口(4位),甚至八路串行接口(8位)。工程师们正在为新的系统设计从并行接口转向串行接口。串行接口同时减少了存储器和片上系统的引脚数量,减少了印刷电路板,从而降低了成本和整体尺寸。八通道SPI和HyperBus接口现在可以提供高达400兆位/秒的功能,与并行接口相当。请注意,虽然最近发布的赛勒斯范思哲可编程门阵列可以支持八进制串行接口和正交串行接口,但其他14纳米及以上的可编程门阵列/片上系统只支持正交串行接口。

电压

除了并行接口和串行接口,接口的电压要求也是一个主要的选择标准。目前,5G的现场可编程门阵列/片上系统将采用最先进的工艺节点进行开发,并减少对3V电压的输入输出支持,以提高集成电路的可靠性和功能。市场上的大多数闪存都是3V元件(这意味着它们需要在2.7V至3.6V的电压范围内工作)。然而,最新的现场可编程门阵列/片上系统需要1.8V或非闪存元件(这些元件需要在1.7V至2.0V的电压限制下工作)。随着现场可编程门阵列和其他控制器继续向更小的外形尺寸和电源电压发展,1.2V或非门闪存组件将在今天逐渐推出。虽然大多数或非门闪存组件只需要一个电源电压,但1.2V组件需要两个不同的电源。一个是焦点,另一个是输入输出(输入输出的凹凸前提见VIO定义)。将VIO从VCC分离出来可以让系统设计者更加天真,但需要额外的力量。

市场上几乎所有的1.2V或非门闪存都是针对消费者应用的。与5G无线基础设施应用的要求相比,消费类应用的质量密度较低,因此不适合在这些应用中设置现场可编程门阵列。由于可用的密度选项和在现场可编程门阵列中对1.8V输入输出的通用支持,1.8V或非门闪存仍然是装备各种现场可编程门阵列或启动基于无线根的计划的片上系统的最合适的或非门闪存。

标称温度和低功耗模式

无线根倡议设备,尤其是数字前端,如收音机和小手机,在工作日安装在室外,并面临极端前提的挑战。更糟糕的是,系统设计者在5G中安装散热器和风扇的能力有限。因此,设计人员通常选择高于工业温度(-40OC至105OC)的NOR Flash组件,以承受恶劣条件,并在功耗方面提供额外的备用皮带,确保在上述高温下启动和运行。

深度节能和待机模式

“或非”闪存组件通常在现场可编程门阵列/片上系统芯片设置周期之间有空闲时间。一些NOR闪存组件配备了深度节能和待机模式。或许NOR闪存组件将处于低功耗状态,以帮助降低设备完成后的功耗。

耐用性和数据保留

NOR闪存针对可靠性和功能而非成本进行了优化(不同于面向消费者的技术,如NAND闪存和SD卡)。该技术使用相对较大的存储单元,并且可以提供高耐用性和长数据保持时间。我们发现该产品具有10万次编程/擦除(P/E)周期的耐用性和长达10年的数据保留能力。请注意,人们不会担心这种应用程序在工作日的持久性,因为闪存只能写很少的次数。如果我们只考虑将安装映像存储在闪存中,情况就是这样。此外,一些设计人员使用闪存来缓存事务数据和系统错误日志。在这种使用场景中,系统日志每隔几分钟在闪存中更新一次。因此,在8至10年的寿命期内,压力/能量循环的总次数可以跨越最大耐久性规范,而不会出现损耗均衡。

市场上的新产品使工程师能够通过提供高达100万次/秒的耐用性或25年的数据保留选项来优化耐用性和数据保留之间的平衡。这些可靠性较高的产品有时会有特定的故障模式影响分析,这可以帮助设计人员设计系统,以满足或超过5G规范的超高可靠性和可用性要求。陈说,例如,赛普拉斯提供了各种功能安全文件,包括设备安全手册和具体的安全分析。这些文件记录了产品安全框架和假设的使用案例、总配合率、FMEDA结果、达到封闭水平的完整安全分析、安全机制和诊断限制(参见汽车和功能安全的NOR闪存)。

安全功能

近年来,有一则关于全球电信公司持续大规模入侵的新闻报道。平安研究公司赛博伊信(Cybereason)表示,攻击者在攻击过程中泄露了被盗用数据的记录,但他们已经掌握了这些数据,甚至可以将其封存。由于类似的事件,人们越来越重视对基本无线设备的保护。确保这些系统安全的最简单方法是建立安全的启动和访问控制程序,以保护图像/启动代码。为了应对日益增长的对保护嵌入式系统的兴趣,NOR闪存供应商已经开始开发具有内置安全功能的产品,例如基于公钥根倡议和安全启动的认证和接收控制。这些功能可以添加额外的方法来确保专有知识产权的安全,防止篡改设置图像/启动代码,并确保集合的持续可用性。

在存储可编程门阵列器件图像和片上系统启动代码方面,或非卡比与非卡和SD卡更受欢迎。5G无线根倡议应用需要1Gb或更高的密度、1.8V的Q-SPI或八通道SPI、高于工业温度的NOR闪存,以装备或启动系统中使用的FPGA和/或SoC。随着设计者开始研究5G无线根节点产品,人们越来越关注故障的安全操作,以满足电子健康、工业物联网和汽车主动驾驶等应用的需求。闪存供应商开始推出安全供应功能和安全启动系统产品。这些功能使设计人员能够将系统级安全和安保功能的一些处理工作转移到内存中。此外,可用的从属产品有助于实现这些功能并缩短产品上市时间。最后,选择正确的记忆将有助于确保产品的成功。

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