jianshaotingjishijiandenenglishiguanligongyesheshidezhongyaoyinsu。muqian，yucetingjishijiannandujiaodaqiechengbenfeichanganggui。biru，putongqichezhizaochangdetingjishijiankenenggaodameifenzhong22,000美元或每小時130萬美元（來源：先進技術服務，2006年：“汽車行業停機成本：每分鍾22000：調查。”）。

 

隨著工業4.0的de出chu現xian，工gong廠chang的de智zhi能neng化hua和he互hu聯lian性xing正zheng在zai日ri益yi提ti高gao。智zhi能neng工gong廠chang中zhong的de機ji械xie設she備bei就jiu能neng夠gou采cai用yong所suo連lian接jie的de無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian的de實shi時shi數shu據ju，提ti前qian預yu測ce可ke能neng發fa生sheng的de故gu障zhang，並bing通tong知zhi控kong製zhi係xi統tong采cai取qu糾jiu正zheng措cuo施shi，以yi避bi免mian意yi外wai的de係xi統tong停ting機ji。累lei積ji的de數shu據ju可ke以yi用yong於yu改gai進jin預yu測ce分fen析xi，並bing實shi現xian更geng好hao的de機ji器qi預yu防fang性xing維wei護hu。這些進步旨在提高工廠的運營效率
，並縮短整體停機時間。

 

工業4.0的基礎 —— 可操作數據實現了從實時傳感到預測分析等各種功能。因此，持續、kekaodijilushujuzhiguanzhongyao，youqishizaifashengguzhangshi
，zheshiyinweizhexieshujutongchangshiguanjianxinxi。ciwai，xuyaojiludeshujuliangyujijianghuijixuzengjia。womenbudanxuyaozaichuantonggongyexitongshangjinxinglianxushujucaiji，haixuyaozaishuqiangelianjiedechuanganqijiedianshangjinxinglianxudeshujucaiji，zhexiechuanganqijiedianjiangbianbuyuweilaizhinenggongchangdegegejiaoluo。

 

為了克服這些挑戰，下一代工業係統需要高性能非易失性存儲器確保“數據零風險”和正常運行與係統故障期間的可靠數據備份。為了保證這一數據記錄的可靠性，工業4.0非易失性存儲器需要支持快速寫入

、實時非易失性以及接近100萬億次循環、近乎無限的讀/寫持久性。

 

 

工業控製係統包括自動化、能源管理、過(guo)程(cheng)測(ce)量(liang)和(he)測(ce)試(shi)測(ce)量(liang)等(deng)各(ge)個(ge)環(huan)節(jie)
，這(zhe)些(xie)環(huan)節(jie)都(dou)需(xu)要(yao)高(gao)性(xing)能(neng)非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)。在(zai)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)細(xi)分(fen)市(shi)場(chang)中(zhong)，非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)存(cun)儲(chu)器(qi)被(bei)用(yong)於(yu)連(lian)續(xu)記(ji)錄(lu)實(shi)時(shi)係(xi)統(tong)數(shu)據(ju)。它(ta)們(men)還(hai)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)在(zai)斷(duan)電(dian)或(huo)係(xi)統(tong)故(gu)障(zhang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)即(ji)時(shi)捕(bu)捉(zhuo)實(shi)時(shi)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)數(shu)據(ju)。工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)的(de)需(xu)求(qiu)。我(wo)們(men)將(jiang)通(tong)過(guo)可(ke)編(bian)程(cheng)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)物(wu)聯(lian)網(wang)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)這(zhe)兩(liang)個(ge)例(li)子(zi)探(tan)討(tao)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)的(de)挑(tiao)戰(zhan)和(he)獨(du)特(te)需(xu)求(qiu)。

 

圖1：可編程邏輯控製器（PLC）模塊圖

 

用於工業自動化的可編程邏輯控製器（PLC）在工業控製係統中十分常見。在PLC中(zhong)，由(you)非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)捕(bu)捉(zhuo)的(de)實(shi)時(shi)係(xi)統(tong)數(shu)據(ju)被(bei)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)和(he)修(xiu)複(fu)故(gu)障(zhang)並(bing)且(qie)防(fang)止(zhi)未(wei)來(lai)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。此(ci)外(wai)
，非(fei)易(yi)失(shi)性(xing)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)存(cun)儲(chu)器(qi)捕(bu)捉(zhuo)斷(duan)電(dian)前(qian)的(de)最(zui)後(hou)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)。該(gai)數(shu)據(ju)對(dui)於(yu)確(que)保(bao)PLC和he所suo有you連lian接jie的de機ji器qi在zai恢hui複fu供gong電dian時shi以yi安an全quan的de操cao作zuo模mo式shi重zhong新xin啟qi動dong至zhi關guan重zhong要yao。如ru果guo不bu具ju備bei這zhe一yi能neng力li，其qi他ta機ji器qi和he周zhou邊bian環huan境jing中zhong的de人ren員yuan都dou會hui麵mian臨lin潛qian在zai風feng險xian。

 

在PLC等(deng)下(xia)一(yi)代(dai)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)，需(xu)要(yao)減(jian)少(shao)用(yong)於(yu)與(yu)外(wai)部(bu)存(cun)儲(chu)器(qi)連(lian)接(jie)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)引(yin)腳(jiao)數(shu)量(liang)。這(zhe)一(yi)需(xu)求(qiu)推(tui)動(dong)了(le)從(cong)並(bing)行(xing)到(dao)低(di)引(yin)腳(jiao)數(shu)串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)轉(zhuan)換(huan)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)存(cun)儲(chu)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)要(yao)為(wei)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)低(di)引(yin)腳(jiao)數(shu)存(cun)儲(chu)器(qi)。例(li)如(ru)，賽(sai)普(pu)拉(la)斯(si)的(de)Excelon-Ultra專用於工業控製係統並提供低引腳數108-MHz QSPI接口。

 

由於去除電池而帶來的高可靠性
，非易失性存儲器優於工業控製係統一般使用的電池備份SRAM。此外，非易失性存儲器通過用單個芯片取代多組件子係統（SRAM +電池+電源管理控製器）降低物料成本並且避免產生與更換電池所需的相關成本的維護。

 

圖2：物聯網傳感器節點模塊圖

 

無wu線xian物wu聯lian網wang傳chuan感gan器qi節jie點dian相xiang當dang於yu智zhi能neng工gong廠chang的de眼yan睛jing和he耳er朵duo。如ru上shang文wen所suo述shu，傳chuan感gan器qi節jie點dian可ke以yi連lian續xu監jian測ce係xi統tong和he環huan境jing參can數shu，然ran後hou通tong知zhi連lian接jie的de機ji器qi或huo控kong製zhi係xi統tong在zai需xu要yao時shi采cai取qu糾jiu正zheng措cuo施shi。

 

wuxianwulianwangchuanganqijiediandailaileyugongyekongzhixitongbutongdetiaozhan。chuanganqijiediandewaixingchicunhenxiao。ciwai，tamentongchangbianbuyuzhinenggongchangdegechu，baokuopianyuanhuonanyijinrudeweizhi。yinci
，tamentongchangyoudianchihuozhetongguonengliangcaijigongdian。

 

因yin此ci
，傳chuan感gan器qi節jie點dian需xu要yao外wai形xing尺chi寸cun很hen小xiao的de非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi來lai連lian續xu記ji錄lu實shi時shi係xi統tong數shu據ju。它ta們men必bi須xu能neng夠gou在zai傳chuan感gan器qi節jie點dian的de整zheng個ge生sheng命ming周zhou期qi內nei可ke靠kao地di完wan成cheng這zhe一yi任ren務wu，並bing且qie盡jin可ke能neng降jiang低di功gong耗hao。例li如ru，賽sai普pu拉la斯si的deExcelon-LP采用約10平方毫米GQFN小型封裝，提供多種省電模式，包括休眠、深度節點和待機，使開發人員可以最大限度地延長電池使用時間。

 

為了進一步減小無線IoT傳chuan感gan器qi節jie點dian的de尺chi寸cun，可ke以yi使shi用yong非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi來lai實shi現xian代dai碼ma存cun儲chu和he數shu據ju記ji錄lu的de單dan芯xin片pian方fang法fa。在zai傳chuan感gan器qi節jie點dian中zhong
，與yu存cun儲chu數shu據ju所suo需xu的de內nei存cun量liang相xiang比bi，測ce量liang和he收shou集ji數shu據ju所suo需xu的de代dai碼ma大da小xiao通tong常chang較jiao小xiao。因yin此ci，具ju有you單dan獨du的de代dai碼ma存cun儲chu器qi可ke能neng會hui導dao致zhi存cun儲chu器qi使shi用yong率lv不bu足zu，而er單dan芯xin片pian方fang法fa會hui更geng有you效xiao。

 

關guan鍵jian的de難nan點dian在zai於yu
，足zu夠gou靈ling活huo的de非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi以yi根gen據ju應ying用yong需xu求qiu對dui代dai碼ma和he數shu據ju的de存cun儲chu進jin行xing分fen區qu。用yong於yu存cun儲chu代dai碼ma的de存cun儲chu器qi必bi須xu確que保bao係xi統tong不bu會hui意yi外wai寫xie入ru用yong於yu執zhi行xing代dai碼ma的de存cun儲chu區qu域yu。因yin此ci
，為wei了le滿man足zu單dan芯xin片pian工gong藝yi的de要yao求qiu，非fei易yi失shi性xing數shu據ju記ji錄lu存cun儲chu器qi需xu要yao具ju備bei存cun儲chu器qi保bao護hu功gong能neng。例li如ru，塊kuai保bao護hu防fang止zhi意yi外wai寫xie入ru開kai發fa人ren員yuan定ding義yi的de一yi係xi列lie地di址zhi。這zhe使shi一yi個ge存cun儲chu器qi在zai存cun儲chu和he保bao護hu代dai碼ma的de同tong時shi支zhi持chi實shi時shi數shu據ju記ji錄lu。

 

 

非易失性數據記錄存儲器的關鍵是鐵電技術。鐵電技術將RAM的高性能和字節尋址能力與非易失性數據存儲相結合。用於非易失性存儲器的鐵電技術帶有使用鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜的存儲單元。當施加電場時，PZT晶(jing)體(ti)中(zhong)的(de)中(zhong)心(xin)原(yuan)子(zi)改(gai)變(bian)位(wei)置(zhi)。中(zhong)心(xin)原(yuan)子(zi)的(de)兩(liang)個(ge)位(wei)置(zhi)作(zuo)為(wei)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)二(er)進(jin)製(zhi)狀(zhuang)態(tai)存(cun)儲(chu)一(yi)個(ge)數(shu)位(wei)。當(dang)電(dian)源(yuan)中(zhong)斷(duan)時(shi)


，原(yuan)子(zi)位(wei)置(zhi)被(bei)保(bao)留(liu)，從(cong)而(er)保(bao)護(hu)數(shu)據(ju)。其(qi)數(shu)據(ju)可(ke)靠(kao)性(xing)也(ye)很(hen)高(gao)
，無(wu)需(xu)任(ren)何(he)備(bei)用(yong)電(dian)源(yuan)就(jiu)能(neng)安(an)全(quan)保(bao)存(cun)數(shu)據(ju)100年之久。

 

非易失性數據記錄存儲器非常高效。其能耗比串行EEPROM低200倍，比NOR閃存低3000倍。這項技術還提供高數據可靠性，讀/寫耐久性達100萬億次（1014）。相比之下
，閃存和EEPROM等浮柵技術最短在106個周期內就會損壞，因此它們不適合頻繁的係統數據捕捉。

 

非易失性數據記錄存儲器還可確保工業係統“數據零風險”運行。即時存儲數據能力可在係統斷電時保護係統不丟失數據。EEPROM等技術通常具有5-10毫秒的頁麵寫入延遲
，從而使重要的最後時刻係統數據產生風險。