現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)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(guān)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(shù)據(jù)的能力。
圖1。工業(yè) 4.0 結(jié)合了大量數(shù)據(jù)、廣泛的流程自動化、強大的人工智能以及改變數(shù)據(jù)分析的地點，正在改變?nèi)蛟S多行業(yè)的經(jīng)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(shù)據(jù)收集、機器對機器通信和增強的數(shù)據(jù)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(nèi)存：工業(yè) 4.0 之路上的障礙
數(shù)據(jù)是工業(yè) 4.0 最關(guān)鍵的方面，因為數(shù)據(jù)的檢索、處理、通信、存儲和可用性對于工業(yè) 4.0 的實現(xiàn)至關(guān)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(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)通過現(xiàn)代工業(yè)控制器和現(xiàn)場設備，與系統(tǒng)中的三種存儲器進行交互：閃存、擴展 RAM 和數(shù)據(jù)記錄 RAM。內(nèi)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(nèi)存需求
許多工業(yè)系統(tǒng)使用各種外部存儲器來實現(xiàn)不同的功能。工廠車間常見的嵌入式系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器 (PLC)、伺服電機驅(qū)動器、數(shù)控機床和工業(yè)機器人。這些系統(tǒng)通常包括以下構(gòu)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(tǒng)框圖。
PLC 等工業(yè)系統(tǒng)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(tǒng)可以直接從 NOR 閃存執(zhí)行代碼，而無需將其復制到 RAM 中。
數(shù)據(jù)記錄 RAM 支持以極快的速度寫入實時 I/O 和傳感器數(shù)據(jù)，同時仍然能夠在斷電時立即捕獲關(guān)鍵任務數(shù)據(jù)。大多數(shù)工業(yè)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下運行時，必須在 15 年的使用壽命內(nèi)持續(xù)準確地記錄數(shù)據(jù)。工業(yè) 4.0 依靠連續(xù)數(shù)據(jù)來預防故障發(fā)生并最大限度地減少系統(tǒng)停機時間，這一過程稱為預測性維護。用于此類內(nèi)存的 RAM 解決方案需要在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)可靠、準確地執(zhí)行數(shù)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(nèi)存來說具有挑戰(zhàn)性。
內(nèi)部處理器（例如微控制器或FPGA）可能沒有足夠的內(nèi)部SRAM來執(zhí)行復雜的算法和臨時存儲系統(tǒng)運行時數(shù)據(jù)。現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)使用擴展 RAM 來增強有限的內(nèi)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(tǒng)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(shù)解決方案，以降低設計復雜性并優(yōu)化系統(tǒng)功耗。
閃存挑戰(zhàn)
NOR Flash技術(shù)負責存儲啟動代碼和數(shù)據(jù)。作為工業(yè) 4.0 技術(shù)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)備份。傳統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)中最流行的數(shù)據(jù)記錄解決方案是電池供電的 SRAM (BBSRAM)，其中傳統(tǒng)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(tǒng)傳感器生成的大量數(shù)據(jù)。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(nèi)存趨勢
鑒于工業(yè) 4.0 和相關(guān)內(nèi)存解決方案的不斷發(fā)展，一些基于內(nèi)存的趨勢正變得越來越明顯。
偏向更高績效
現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(xiàn)。
偏向更高密度
隨著越來越多的傳感器集成到工業(yè)系統(tǒng)中，并且更多的遠程 I/O 必須與中央控制器連接，生成的數(shù)據(jù)將會大幅增加。這些數(shù)據(jù)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(tǒng)停機時間。隨著邊緣生成的傳感器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。同樣，更復雜的工業(yè)系統(tǒng)需要更高密度的 NOR 閃存來存儲代碼和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
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(shù)使高密度 NOR 閃存每單元的位數(shù)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(shù)據(jù)記錄來確保電源故障的無縫恢復并限制工業(yè)系統(tǒng)的停機時間。此外，工廠車間運行的電機產(chǎn)生的電磁干擾 (EMI) 可能會影響工業(yè)系統(tǒng)中使用的存儲器內(nèi)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(shù)據(jù)記錄存儲器之一。
隨著下一代系統(tǒng)中安全功能的集成，制造商需要代碼存儲內(nèi)存中的硬件安全元件，以防范網(wǎng)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(xiàn)從云端到內(nèi)存的遠程固件更新。