【導讀】人工智能大模型的突然爆火，讓發電這個近200年的傳統產業意外再次引起關注：據業界數據顯示，僅ChatGPT每天就需要消耗超過50萬千瓦時電力，相當于1.7萬個美國家庭的用電量。而隨著生成式AI的廣泛應用，預計到2027年，整個人工智能行業每年將消耗85至134太瓦時（1太瓦時=10億千瓦時）的電力。如此高昂的電力負擔對當前任何國家的供電能力而言都是嚴峻挑戰，更遑論巨大的用電成本。業界戲稱，AI的盡頭是綠電。
人工智能大模型的突然爆火，讓發電這個近200年的傳統產業意外再次引起關注：據業界數據顯示，僅ChatGPT每天就需要消耗超過50萬千瓦時電力，相當于1.7萬個美國家庭的用電量。而隨著生成式AI的廣泛應用，預計到2027年，整個人工智能行業每年將消耗85至134太瓦時（1太瓦時=10億千瓦時）的電力。如此高昂的電力負擔對當前任何國家的供電能力而言都是嚴峻挑戰，更遑論巨大的用電成本。業界戲稱，AI的盡頭是綠電。
有電力焦慮的不僅人工智能大模型，隨著5G與物聯網應用的廣泛普及，各種嵌入式邊緣智能電子產品一樣有“能耗焦慮”，例如可穿戴電子產品、掃地機、智能音箱等，待機時長已經成為關鍵賣點。更苛刻的是，這些對能耗敏感的產品還通常附加便攜性等需求，工程師需從各個方面去滿足“既要、又要、還要”的多重挑戰。
從1.8V到1.2V
小改變解決了電壓對齊的大麻煩
如何降低電子系統功耗？摩爾定律就為半導體芯片的低功耗指出了方向，制程節點越先進的系統級芯片（SoC）性能越高、功耗越低。如今SoC正逐步采用更先進的制程節點，如7納米、5納米、4納米乃至最近嶄露頭角的3納米工藝，制造工藝的迭代讓SoC的核心工作電壓從過去的3.3V一路走低，已降至1.2V及以下。
與SoC芯片供電電壓的走低趨勢不同，傳統閃存IC產品陣容廣泛，其核心工作電壓通常設定在3.3V或1.8V，這樣的高電壓環境為閃存器件提供了足夠的驅動，確保了編程和擦除操作的高效執行。
然而，工程師們在處理1.2V SOC與1.8V Flash協同工作的問題時，常常遇到一個“大麻煩”，需要不得不采取額外的工程措施以實現二者的兼容，即通過引入電平轉換電路在SoC內部集成電平轉換邏輯，將核心的1.2V電壓信號抬升至與外部閃存相匹配的1.8V IO電壓水平，從而確保信號傳輸的完整性（如圖1所示）。此外，還必須設計雙電源系統，分別支持1.2V SoC和外部1.8V Flash，確保各自器件獲得正確的供電電壓。
圖1：1.2V SoC通過增加升壓電路與傳統1.8V Flash進行通信
在這樣的背景下，兆易創新的1.2V SPI NOR Flash——GD25UF產品系列應運而生，通過供電電壓的小改變解決了系統電壓對不齊的大麻煩。
多維度創新設計
讓存儲讀寫功耗大幅降低
正是基于設計的復雜性及成本降低的考慮，1.2V SPI NOR Flash對SoC用戶而言非常重要。如圖2所示，當SoC與外部閃存的工作電壓均為1.2V時，兩者之間實現了無縫對接，無需額外的電平轉換電路介入，這就意味著SoC中原本用于對接不同電壓閃存所需的空間得以節省，芯片面積得到有效縮減。
圖2：采用GD25UF 1.2V SPI NOR Flash可有效簡化電源架構
值得一提的是，GD25UF產品系列在1.2V工作電壓下的數據傳輸速度、讀寫功耗等關鍵指標上均達到國際領先水平。同時，該產品系列提供了Normal Mode和Low Power Mode 兩種工作模式，相比1.8V NOR Flash，1.2V GD25UF系列在Normal Mode、相同電流情況下的功耗降低33%，在Low Power Mode、相同頻率下的功耗更是降低70%。
GD25UF產品系列具有單通道、雙通道、四通道和DTR四通道的SPI模式，DTR功能還有助于降低功耗。在正常的四通道SPI模式下，GD25UF在120 MHz的工作頻率下以6mA的讀取電流實現480 Mbps的吞吐率；而在DTR四通道SPI模式下，該產品在 60MHz 工作頻率也可實現480 Mbps的吞吐率，但電流更低，為5mA。優異的性能使得該產品系列在針對智能可穿戴設備、健康監測、物聯網設備或其它單電池供電的應用中，能顯著降低運行功耗，有效延長設備的續航時間。目前，GD25UF產品系列已有64Mb、128Mb容量可供選擇，并即將推出8Mb、16Mb、32Mb容量產品。
從GD25UF到GD25/55NF
兆易創新這樣加速產品落地
除了GD25UF產品系列，兆易創新還推出了業界首款1.8V核心供電、1.2V IO接口架構獨特的NOR Flash產品——GD25/55NF系列，以應對更高性能與更低功耗的雙重挑戰。該產品系列可與1.2V核心電壓的SoC實現無縫對接（如圖3所示），精準契合了先進制程SoC設計對低功耗、簡化電路布局的迫切需求。
與此同時，在性能方面，盡管GD25/55NF產品系列的接口電壓降低至1.2V，其仍保持1.8V核心供電，這意味著該產品系列擁有與1.8V Flash相同的讀取性能以及較快的擦寫時間；功耗方面，在保持數據處理速度和穩定性不變的前提下，GD25/55NF系列相較于常規1.8V供電方案，1.2V VIO接口方案最多可以降低40%的讀功耗，顯著提升了能效比，對汽車電子、可穿戴設備、智能識別等對性能和功耗均有嚴格要求的應用而言，該產品系列是非常理想的Flash解決方案。目前，GD25/55NF產品系列有128Mb、256Mb、512Mb、1Gb、2Gb等多種容量可供選擇。
圖3：1.2V VIO GD25/55NF保持1.8V高性能的同時有助于簡化電路設計
多年持續開拓
引領存儲發展新趨勢
自2008年推出國內首顆SPI NOR Flash以來，兆易創新歷經多年的研發和市場拓展，已成為NOR Flash全球市場占有率排名第三的芯片廠商，Flash累計出貨量超212億顆。兆易創新SPI NOR Flash?的產品線十分豐富，提供從 512Kb 至 2Gb 容量范圍，支持 1.2V、1.8V、3V 以及1.65~3.6V 供電，覆蓋 7 款溫度規格、15 種產品容量、27 大產品系列以及 29 種封裝方式，針對不同市場應用需求分別提供高性能、低功耗、高可靠性、小封裝等多個產品系列，滿足幾乎所有代碼存儲的應用需求。
其中，GD25/55T和GD25/55LT系列提供高達200MB/s數據吞吐量；GD25/55X和GD25/55LX系列提供高達400MB/s數據吞吐量，適用于車載、物聯網和其他等需要將大容量代碼快速讀取的應用，以保證系統上電后即時響應。此外，兆易創新還提供WLCSP（晶圓級芯片封裝）、并率先推出了3x3x0.4mm的FO-USON8封裝的128Mb GD25LE128EXH，超小尺寸產品讓研發人員在輕薄小的系統方案設計中游刃有余。
兆易創新的NAND Flash采用38nm和24nm工藝節點，提供1Gb至8Gb主流容量產品，支持1.8V和3V電壓，以及傳統并行和新型SPI兩種接口形式，為需要大容量、高可靠性代碼存儲的嵌入式應用提供了完善的解決方案。
此外，兆易創新GD25/GD55全系列SPI NOR Flash以及GD5F全系列SPI NAND Flash均已通過AEC-Q100 車規級認證，兆易創新已實現從SPI NOR Flash到SPI NAND Flash的車規級產品的全面布局，為車載應用的國產化提供豐富多樣的選擇。
作為業界領先的半導體器件供應商，兆易創新將持續推動新一代存儲芯片的不斷升級，滿足千行百業的應用需求，助力行業加速創新。
文章來源：兆易創新GigaDevice
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