現代數字技術與工業(yè)設施的集成正在世界各地迅速發(fā)展，但也面臨著挑戰(zhàn)。與工業(yè) 4.0 相關的主要問題之一在于以可靠、無差錯的方式以顯著更高的量級和吞吐量處理數據的能力。
圖1。工業(yè) 4.0 結合了大量數據、廣泛的流程自動化、強大的人工智能以及改變數據分析的地點，正在改變全球許多行業(yè)的經營方式。
工業(yè)4.0
工業(yè) 4.0 是第四次工業(yè)革命普遍采用的標簽，包括多個標志，例如過程自動化的發(fā)展和廣泛采用、廣泛的數據收集、機器對機器通信和增強的數據分析。還包括本地化（機器級）人工智能和邊緣而非集中位置的決策。
內存：工業(yè) 4.0 之路上的障礙
數據是工業(yè) 4.0 最關鍵的方面，因為數據的檢索、處理、通信、存儲和可用性對于工業(yè) 4.0 的實現至關重要。例如，考慮傳感器如何生成大量要實時記錄和處理的數據。傳感器數據通過現代工業(yè)控制器和現場設備，與系統中的三種存儲器進行交互：閃存、擴展 RAM 和數據記錄 RAM。內存是工業(yè) 4.0 道路上需要克服的最緊迫的挑戰(zhàn)之一。
實際應用內存需求
許多工業(yè)系統使用各種外部存儲器來實現不同的功能。工廠車間常見的嵌入式系統包括可編程邏輯控制器 (PLC)、伺服電機驅動器、數控機床和工業(yè)機器人。這些系統通常包括以下構建塊（參見圖 2），其中包括應用處理器、多個 I/O 外圍設備、有線和無線連接、傳感器和換能器以及三種不同類型的存儲器。
圖 2. 工業(yè)系統框圖。
PLC 等工業(yè)系統使用外部閃存設備，通常具有 256 Mbit 以上的大小來存儲啟動代碼。這些存儲器需要支持非?？斓淖x取性能和就地執(zhí)行 (XiP) 等功能，以便系統可以直接從 NOR 閃存執(zhí)行代碼，而無需將其復制到 RAM 中。
數據記錄 RAM 支持以極快的速度寫入實時 I/O 和傳感器數據，同時仍然能夠在斷電時立即捕獲關鍵任務數據。大多數工業(yè)系統在惡劣環(huán)境下運行時，必須在 15 年的使用壽命內持續(xù)準確地記錄數據。工業(yè) 4.0 依靠連續(xù)數據來預防故障發(fā)生并最大限度地減少系統停機時間，這一過程稱為預測性維護。用于此類內存的 RAM 解決方案需要在產品的整個生命周期內可靠、準確地執(zhí)行數百萬次讀/寫操作。另外，請記住，惡劣的環(huán)境包括極端溫度，這通常對某些類型的內存來說具有挑戰(zhàn)性。
內部處理器（例如微控制器或FPGA）可能沒有足夠的內部SRAM來執(zhí)行復雜的算法和臨時存儲系統運行時數據。現代工業(yè)系統使用擴展 RAM 來增強有限的內部 RAM，作為??高速暫存存儲器來無縫運行用戶應用程序。工業(yè)機器人或機器視覺系統包括顯示器并使用擴展RAM來緩沖用于圖形顯示的圖像幀。它們還需要優(yōu)化的外部存儲器接口 IP 和低引腳數解決方案，以降低設計復雜性并優(yōu)化系統功耗。
閃存挑戰(zhàn)
NOR Flash技術負責存儲啟動代碼和數據。作為工業(yè) 4.0 技術的一部分，它必須高度可靠，提供出色的安全性和保障，并滿足嚴格的行業(yè)要求。NOR 閃存面臨的另一個挑戰(zhàn)是如何在許多工業(yè)系統常見的極端溫度環(huán)境下保持功能。
擴展 RAM 挑戰(zhàn)
執(zhí)行 RAM 密集型應用的嵌入式設計需要大量臨時存儲來進行數據緩沖，并且通常依賴 DRAM 作為擴展存儲器。雖然 DRAM 提供可擴展性和高性能，但它們也涉及更高的功耗、增加的設計復雜性并占用更大的 PCB 占地面積。
數據記錄 RAM 挑戰(zhàn)
圖 3 顯示了智能制造環(huán)境中每秒生成的來自眾多傳感器、設備和流程的海量數據。因此，數據記錄存儲器的一個重要方面涉及在斷電期間立即捕獲和維護數據備份。傳統工業(yè)自動化系統中最流行的數據記錄解決方案是電池供電的 SRAM (BBSRAM)，其中傳統的低功耗 SRAM 與電池和附加電源監(jiān)控電路捆綁在一起，以創(chuàng)建非易失性存儲器。
圖 3. 必須存儲和處理機器和系統傳感器生成的大量數據。圖片由英飛凌提供
然而，電池維護和更換、電磁設備或宇宙輻射引起的誤碼以及增加的監(jiān)控電路帶來的設計復雜性等方面存在潛在問題。在設計中使用電池會導致可靠性問題；因此，工程師尋求消除電池處置、增強 RoHS 合規(guī)性并減少電池維護。
未來內存趨勢
鑒于工業(yè) 4.0 和相關內存解決方案的不斷發(fā)展，一些基于內存的趨勢正變得越來越明顯。
偏向更高績效
現代工業(yè)系統將需要更高性能且不會造成延遲的隨機存取存儲器。隨著傳入數據量的增加，需要更高的隨機訪問才能獲得更好的性能。此外，這些訪問必須是瞬時的（以總線速度），并且必須在沒有頁面訪問開銷和有限耐用性的情況下實現。
偏向更高密度
隨著越來越多的傳感器集成到工業(yè)系統中，并且更多的遠程 I/O 必須與中央控制器連接，生成的數據將會大幅增加。這些數據必須存儲在本地以進行處理和預測性維護，以最大限度地減少系統停機時間。隨著邊緣生成的傳感器數據量的增加，將需要更高密度的非易失性存儲器來實時記錄這些數據。同樣，更復雜的工業(yè)系統需要更高密度的 NOR 閃存來存儲代碼和系統數據。
英飛凌目前通過 F-RAM 和 nvSRAM 提供高達 16 Mb 的非易失性 RAM 存儲，而 ULP SRAM 則高達 64 Mb。英飛凌獨有的 MIRRORBIT 技術使高密度 NOR 閃存每單元的位數增加了一倍。
偏向于更高的可靠性
工業(yè) 4.0 需要在極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件下穩(wěn)健運行。需要可靠的數據記錄來確保電源故障的無縫恢復并限制工業(yè)系統的停機時間。此外，工廠車間運行的電機產生的電磁干擾 (EMI) 可能會影響工業(yè)系統中使用的存儲器內容。英飛凌的 F-RAM 和 nvSRAM 存儲器不受磁場干擾的影響，是業(yè)界最可靠的數據記錄存儲器之一。
隨著下一代系統中安全功能的集成，制造商需要代碼存儲內存中的硬件安全元件，以防范網絡威脅并防止篡改。英飛凌最新一代 SEMPER Secure NOR 閃存為安全啟動和密鑰管理提供了不可變的信任根，以實現從云端到內存的遠程固件更新。