发布于：2019/7/30 17:01:42 | 1465 次阅读
过去十年，智能电表大范围替代传统电表的产业转变，成为工业物联网高速发展的一个缩影。中商产业研究院相关报告指出，预计2021年智能电表市场营收规模将达142.2亿美元，与2016年的88.4亿美元、2017年的97.2亿美元相比，年均复合增长率约10%。而Navigant Research研究报告指出，中国在2018年季度持续引领智能电表市场，安装量超过4.96亿台，占总量的68.4%，并正在向下一代智能电表发展。
图1：中商产业研究院预测2021年智能电表市场营收规模
由此看来，中国智能电表行业已全面落地，这是否意味着电表市场将趋于平稳？非也。智能电表属于强制检定设备，到期需要更换，更换周期一般为5-10年。值得一提的是，国家电网发布智能电网规划、并启动大规模智能电表安装的时间点正是2009年，这表示中国的智能电表市场正处于集中替换周期。对于智能电表行业的供应链而言，无疑是重磅的利好消息！日前，富士通电子元器件(上海)有限公司产品管理部总监冯逸新在公开研讨会上表达了同样的观点：“智能表计行业是富士通长期关注的重点业务，在未来几年具有很大的市场潜力。”对此，富士通推出了众多创新型存储产品，如FRAM铁电存储器在智能电表行业已经作为标准存储器被广泛采用，在中国、欧洲、北美等地区拥有很大的市场占有率，比如威胜集团、海兴电力、林洋能源、Itron、西门子等业界主流的电表供应商都是富士通FRAM的客户。
累计出货超八千万，富士通FRAM强势进击电表市场
工业物联网的蓬勃发展，对数据链上如数据采集、数据记录、数据处理等各个环节的应用提出了更高的要求。对于智能电表而言，数据记录及存储需要考虑准确记录、非易失性、耐久度等多个方面的需求。因此，智能电表方案商需考虑挑选合适的存储产品予以应对。冯逸新称：“富士通FRAM在需要准确记录和存储智能电表重要数据的应用中、发挥着关键作用。例如电表使用的重要数据，需要在非常短的间隔(1-3次/秒)里保存在存储器，并确保掉电情况下数据依然完整。”
图2：智能电表选用FRAM可确保掉电情况下数据依然完整
以256Kb独立FRAM存储器为例，每写入1Byte数据，所需时间仅为150ns。因此，富士通FRAM在智能电表应用中带来了关键的优势：掉电保护重要数据。国家电网公司也有规定，重要数据必须以1次/秒的频率实时记录到存储器，按照智能电表10年运行周期来计算，存储器需达到写入次数为：1*60*60*24*365*10=3.2亿次。当前，单片FRAM写入次数寿命高达10万亿次，而EEPROM仅有百万次。显然，选用高速、高读写耐久性的富士通FRAM能够满足数据写入性的要求，并在掉电或者其它异常情况发生时，能确保重要数据的完整记录，从而确保电力产业的准确收费。冯逸新自豪地表示：“富士通FRAM在智能电表行业已深耕10年之久，内置有富士通FRAM的智能电表是当前电力公司所追求的理想解决方案！2018年，富士通FRAM面向电表客户已累计交货8,000万片，为智能电表行业提供高性能、高可靠的存储方案！”
图3：面向电表客户的富士通FRAM产品已累计交货8,000万片
不仅如此，在物联网时代，企业与消费者对数据保密与安全的认知进一步提升。若遇到黑客违法盗取及分析电表的机密数据，将导致大范围的信息泄露。对此，富士通FRAM赋予了智能电表应用的另一优势，就是防止黑客盗窃或篡改数据。当黑客的篡改事件发生时，低功耗和高速的FRAM可以利用给RTC供电的小型电池电源，瞬间消去重要数据，从而确保电力用户的信息安全。例如FRAM仅需0.1mA的工作电流，就能够在0.3ms的时间内擦除256bit的数据，相比EEPROM拥有显著的优势。
图4：智能电表防止黑客盗窃或篡改信息的系统构成及FRAM高速擦除数据的优势
基于FRAM实现低成本“通用”智能表计方案
经过智能电表市场的长期验证，富士通FRAM产品在不断优化性能与降低成本的同时，也逐步转向更广泛的智能表计市场，如水表、热表、燃气表等领域。“水、气表这些行业与电表的市场规律有一定的差异，”冯逸新表示，“最明显的一点就是水表、气表必须选用电池供电，而非电表那样可直接接入电源，因此低功耗成为了水、气表方案最关键的需求。”
据介绍，富士通FRAM在近几年也逐渐打入智能水、气表的主流供应链，成为准确记录和存储智能水、气表重要数据的标准元件。富士通FRAM在智能水、气表中的应用，与智能电表类似，如非易失性与高写入耐久性确保了准确、可靠的数据记录。此外，由于水、气表使用电池供电，FRAM拥有超低功耗的特性使之备受方案商的青睐。以64Byte数据写入为例，FRAM的功耗仅仅是EEPROM的1/440，可以轻松应对实时、频繁存储数据的工作模式，这不仅大大延长了电池寿命，更有助于电池与设备的小型化。
图5：富士通FRAM在智能水、气表计中的应用
在实际应用中，富士通建议采用超低容量FRAM (4Kbit)与EEPROM并用，帮助实现低成本的电、水、气、热智能表计方案。冯逸新表示：“智能电表，特别是单相电、水、气、热表对方案成本的要求非常苛刻，采用FRAM与EEPROM并用的方案设计可实现智能表计的高可靠性与安全性，并在整体方案架构上省去用于EEPROM掉电保护的大电容，从而有效地降低系统整体的BOM成本。”
图6：基于FRAM打造低成本的智能表计方案
性能突破、造价更低，下一代存储“神器”NRAM已在路上！
如上文提及，富士通FRAM已经能够满足智能表计应用的各类需求，但富士通已投入开发与试产下一代高性能存储产品——NRAM。NRAM是富士通与Nantero公司协议授权后，共同打造的下一代颠覆性新型存储器，因为它同时继承了FRAM的高速写入、高读写耐久性，又具备与NOR Flash相当的大容量与造价成本，并实现很低的功耗。以智能表计方案为例，使用一个NRAM就可以替代电、水、气、热表中的Flash、FRAM和EEPROM等所有存储单元，不仅减少了存储器的使用数量，也有利于系统工程师简化设计上的难度。
图7：基于富士通NRAM可简化智能表计方案设计
作为NRAM的代产品，16M bit的DDR3 SPI接口产品最快将于2020年底上市，势必引发存储行业的新一轮变革。冯逸新自信地表示：“NRAM既继承了FRAM的高性能，又具有替换NOR Flash大容量的特点，我们坚信这必将是一个划时代的存储器解决方案！敬请期待！”
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