Schneller Speicher für IoT-Geräte 800 MBit/s über wenige Pins: Erster HyperRAM-3.0-Baustein von Infineon

Von Michael Eckstein

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Gemeinsam mit Winbond hat Infineon HyperRAM 3.0 mit 16-Bit-HyperBus-Schnittstelle entwickelt. Nun stellen die Neubiberger ihren ersten darauf basierenden Baustein mit bis zu 512 MBit vor. Er kann 800 MBit/s über wenige Pins übertragen und soll dabei nur wenig Energie benötigen.

HyperRAM 3.0 fusst wie seine Vorgänger auf einer Low-Pin-Count-Achitektur und bietet sich als Erweiterungsspeicher für IoT-Mikrocontroller an, die in Embedded-Systemen mit kleinem Energiebudget zum Einsatz kommen.
HyperRAM 3.0 fusst wie seine Vorgänger auf einer Low-Pin-Count-Achitektur und bietet sich als Erweiterungsspeicher für IoT-Mikrocontroller an, die in Embedded-Systemen mit kleinem Energiebudget zum Einsatz kommen.
(Bild: Infineon Technologies)

Angesichts der rasanten Entwicklungen in den Bereichen Automotive, Industrie 4.0 und Smart Home müssen neue IoT-Edge-Geräte und Geräte für Mensch-Maschine-Schnittstellen kompakter, energiesparender und leistungsfähiger werden. Vor diesem Hintergrund entwickeln viele Hersteller neue Mikrocontroller (Microcontroller Unit, MCU) mit höherer Rechenleistung bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch. Statisches RAM (SRAM) und pseudostatisches SRAM (PSRAM) stoßen dabei als Erweiterungsspeicher immer häufiger an Grenzen.

Für derartige Anforderungen hat Infineon Technologies (Infineon) mit Kooperationspartner Winbond Electronics Corporation (Winbond) die dritte Generation der HyperRAM-Technik entwickelt – und stellt nun einen ersten darauf basierenden Speicherbaustein vor. Der Speicherchip ist mit einer neuen 16-Bit-Version der ursprünglichen HyperBus-Schnittstelle ausgestattet, die jetzt 22 Pins nutzt. HyperRAM 3.0 arbeitet mit einer maximalen Frequenz von 200 MHz und einer Betriebsspannung von 1,8 V. Dies entspricht sowohl HyperRAM 2.0 als auch OCTAL xSPI RAM, jedoch mit einer höheren Datenübertragungsrate von 800 MBit/s – doppelt so viel wie bisher.

Weniger Pins vereinfachen PCB-Layout

Der höhere Datendurchsatz pro Anschluss-Pin des Speicherchips ermöglicht die Verwendung von MCUs mit weniger Pins und von Leiterplatten mit weniger Lagen. Das vereinfacht das PCB-Layout-Design und eröffnet Möglichkeiten für weniger komplexe und damit kostenoptimierte Designs, was für die Zielanwendungen von Vorteil ist.

Nach Angaben von Infineon eignet sich der Speicherchip „perfekt für Anwendungen, die einen RAM-Erweiterungsspeicher benötigen, darunter Videopufferung, Fabrikautomatisierung, Artificial Intelligence of Things (AIoT) und Vehicle-to-Everything (V2X) im Automobilbereich sowie für Anwendungen, die einen Scratch-Pad-Speicher für intensive mathematische Berechnungen benötigen“.

Geringe Pin-Anzahl, niedriger Stromverbrauch und einfache Steuerung

Laut Kooperationspartner Winbond sind geringe Pin-Anzahl, niedriger Stromverbrauch und einfache Steuerung die drei Schlüsseleigenschaften von HyperRAM, „die dazu beitragen, die Leistung von IoT-Endgeräten deutlich zu verbessern“. „Unsere Low-Power-Funktionen ermöglichen eine höhere Energieeffizienz ohne Einbußen bei der Datenübertragung“, sagt Ramesh Chettuvetty, Senior Director of Applications and Marketing in der Automotive Division von Infineon.

Aufgrund der geringeren Pin-Anzahl im Vergleich mit Low-Power-DRAM, SDRAM und CRAM/PSRAM komme HyperRAM mit einem kleineren Prozessor aus. Auch das trage dazu bei, Batterielebensdauer mobiler Geräte zu verlängern. Dadurch sei der Speicher ideal für industrielle und IoT-Lösungen geeignet.

Hintergrund und Details zu HyperRAM

HyperRAM ist ein Hochgeschwindigkeits-Pseudo-SRAM mit geringer Pin-Anzahl und niedrigem Stromverbrauch für eingebettete Systeme, die einen Erweiterungsspeicher für Scratchpad- oder Pufferungszwecke benötigen. Dank seiner Low-Pin-Count-Architektur eignet sich HyperRAM besonders für Anwendungen, bei denen der Stromverbrauch und der Platz auf der Leiterplatte begrenzt sind, jedoch externes RAM außerhalb des Chips benötigt wird. Optimierte HyperBus-Speichercontroller sind von mehreren IP-Anbietern erhältlich.

HyperRAM ist keine Erfindung von Infineon. Vielmehr hat Speicher- und Wireless-Spezialist Cypress Semiconductor 2014 die HyperBus-Schnittstelle vorgestellt, auf die 2015 das erste HyperRAM-Produkt folgte. Durch die Übernahme von Cypress durch Infineon 2020 gelangte die Technik ins Portfolio des Neubiberger Halbleiterkonzerns.

Mittlerweile ist die HyperRAM-Technik stetig entwickelt worden und gut im Markt eingeführt. Das hat auch den taiwanesischen Speicherspezialisten Winbond dazu veranlasst, sich 2019 dem HyperRAM-Lager anzuschließen und Bausteine mit Speicherdichten von zunächst 32, 64 und 128 MBit vorzustellen. Die zweite Generation der HyperRAM-Speicher wurde 2021 eingeführt und unterstützt sowohl die Octal-xSPI- als auch die JEDEC-konforme HyperBus-Schnittstelle mit Datenraten von bis zu 400 MBit/s.

Für die dritte Generation hat Infineon eng mit Winbond zusammengearbeitet

Die dritte Generation der Speicherchips unterstützt die neue, erweiterte HyperBus-Schnittstelle, die Datenübertragungsraten von 800 MB/s ermöglicht. Die jetzt vorgestellten HyperRAM-Speicher haben eine Speicherdichte von 64 bis 512 MBit. Sie sind AEC-Q100-qualifiziert und unterstützen den für Industrie- und Automobilanwendungen wichtigen erweiterten Temperaturbereich bis zu 125 °C.

Mikrocontroller- und -prozessorhersteller wie NXP, Renesas, ST und TI haben die HyperBus-Schnittstelle in viele ihrer Komponenten integriert. Auch in FPGAs etwa von Lattice oder Gowin ist sie integriert. EDA- und IP-Anbieter wie Cadence, Synopsys und Mobiveil haben IP zur Steuerung von HyperBus-Speicher entwickelt, mit der sich der Entwicklungszyklus der IC-Hersteller beschleunigen lässt. Als Ergebnis hat HyperRAM nach Einschätzung von Winbond, im Vergleich zu anderem Octal-RAM, eine die ausgereifteste Anwendungsumgebungen. Geplant ist, dass HyperRAM künftig in den JEDEC-Standard aufgenommen und damit zu einer JEDEC-kompatiblen Technologie wird.

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Verfügbarkeit des HyperRAM-Speichers von Infineon

HyperRAM 3.0-Produkte können ab sofort in einem BGA-49-Gehäuse bestellt werden. Weitere Informationen zu HyperRAM 3.0 sind erhältlich bei Infineon.

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