來源：EET電子工程專輯
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- 【導讀】 -
可穿戴設備並不僅僅是現有行動裝置的演變，它的物理尺寸和電路要求與智慧型手機有著極大的不同，這讓它們屬於完全不同的硬體類別。
幾十年來，我們對漫畫書和科幻小說中常常出現的腕式對講機非常熟悉，而工程師們實現這一技術要比作家憑空想出這一場景困難得多。直到今天，它們才逐漸走進我們的生活。
如果當下無處不在的智慧型手機是《星際迷航》所幻想出來的溝通工具，那麼可穿戴設備（例如智能手錶、健身腕帶或是將我們的手指變成手勢控制器的指環），則最終能將最新的高科技帶給大眾。
但可穿戴設備並不僅僅是現有行動裝置的演變，它的物理尺寸和電路要求與智慧型手機有著極大的不同，這讓它們屬於完全不同的硬體類別。物理尺寸、電池容量和使用環境（防水防震等特性對可穿戴設備來說要重要得多）的差異意味著可穿戴設備在設計上具有不同的要求和局限性。設計師不能寄希望於僅僅改變現有智慧型手機的尺寸就能得到可供使用的智能手錶。
想要了解這種不同，只需對比兩種在各自領域領先的不同產品，以Pebble智能手錶和iPhone 5S為例：在封裝密度方面，前者的外殼僅為43×34毫米，約是4英寸屏幕iPhone手機表面積的1／5。在10毫米厚的外殼內，Pebble的設計師必須讓其容納下一個2．3英寸的LED顯示屏和包含存儲器、系統晶片控制器、各種傳感器、藍牙晶片和電池的電路板。所有組件都被設計在一個雙面電路板上，相關組件和連接的空間極其有限，但對於消費者來說，手錶自然是越薄越好。
對於可穿戴設備的設計要求並不止步於封裝。由於容納電池的空間有限，產品在運行和待機模式下均需極為省電，但又需支持藍牙通信，可立刻啟動，還要能無縫運行用戶設定的應用程式。
沒有人會僅僅為了看時間而購買智能手錶，但與漫畫書不同的是，很少有人希望用智能手錶、互聯眼鏡或健身腕帶來取代智慧型手機，這在某種程度上降低了設計的難度。而智慧型手機也正在發展成為多用途中心，可支持、連接越來越多的可穿戴設備。這也意味著大多數可穿戴設備都不需要大容量永久性存儲或快速的多核處理器。因此，綜合考慮容量、尺寸和用電量要求，可穿戴設備是使用NOR快閃記憶體的理想平臺。
回到未來：NOR快閃記憶體最適用於可穿戴設備
在智慧型手機能夠存儲一季裡值得收藏的電視秀或完整音樂庫之前，當手機還只是部電話時， NOR快閃記憶體曾是手機首選的永久性存儲介質。NAND成序列地存儲多個比特（bit），通過犧牲隨機存取的方式來獲得密度和寫入速度，而NOR則更像傳統的DRAM——可以分別讀寫每一個存儲單元，而不是一次讀寫整個塊。這意味著NOR適用於可在本地執行而無需首先複製到另外的RAM緩存的應用程式代碼。隨機存取還意味著NOR快閃記憶體具備高速寫入速度——對於串行設計（串行外設接口）可高達20MB／s，對於並行NOR設計可高達250MB／s。
在可穿戴設備中使用NOR快閃記憶體而不是NAND具有明顯的益處。NOR快閃記憶體的直接代碼執行能力可顯著縮短啟動時間，可以讓設備立刻啟動。同樣，代碼執行無需RAM就意味著待機時的用電量大大減少，因此在可穿戴設備必須使用微型電池的條件下，設備的使用時間可以得到延長。
由於可穿戴設備一般會連接到另一個設備上，通過該設備連接網際網路服務和資料庫，所以它們無需存儲太多本地數據。相對音頻和視頻文件的大小而言，就算是一整天的健康和健身測量數據都是極小的。鑑於可穿戴設備中的空間十分有限，NOR快閃記憶體容量與晶片尺寸比NAND更適合於應用程式的需求。
第二點可能會讓人感到意外，因為NAND快閃記憶體陣列的密度要大大高於NOR。實際上，由於NAND快閃記憶體針對最大密度設計，所以產品一般會使用最小工藝節點，目前為16nm 。但問題是，除了存儲單元之外，所有存儲器器件都有一定的電路開銷，例如行地址解碼器、感應放大器、位線控制電路、外圍I／O電路、電壓調節器和I／O針腳等子系統。晶片上的開銷區並不與存儲容量成線性增加。縮減存儲陣列的尺寸後，晶片上用於外圍邏輯的空間只會少量增加。這意味著即使使用上一代的25nm工藝尺寸，最小可行的NAND器件也是1Gbit。這對於大多數可穿戴應用都是無法接受的，因為市場主要需要的是512Mbit或更小的存儲器件。
針對特定製程尺寸縮減NAND容量的局限性也讓封裝後的尺寸對於許多可穿戴應用來說過大。例如，用作某些應用的NOR替代品的1Gbit串行NAND採用了9×11毫米63球柵陣列封裝方式。與之相反，最小的串行NOR 512Mbit和1Gbit NOR產品採用4或5×6毫米封裝方式，不到NAND替代品的1／3，因此更適合於可穿戴設備和物聯網生態系統中其他聯網傳感器的微型電路板。
圖1：美光NOR快閃記憶體MCP尺寸比較
NOR快閃記憶體也可被堆疊在設計有偽靜態PSRAM的多晶片封裝（MCP）中，已讓控制器晶片內嵌入SRAM的應用的容量大於那些系統晶片的常見的1Mbit。例如，含64Mbit NOR快閃記憶體和32Mbit PSRAM的52球MCP僅為4×6毫米，含高達512Mb NOR快閃記憶體和128Mb PSRAM的密度較高的MCP僅為8×8毫米。參見圖1美光NOR快閃記憶體MCP尺寸比較。其容量和耗電量對於大多數可穿戴設備來說可能都過大，但它或許可以應用於錄製視頻，例如眼鏡或移動傳感設備中。
圖2：多晶片封裝能耗預估
重新思考可穿戴設備和物聯網的系統設計
由於共同構成了不斷發展的物聯網生態系統的可穿戴設備和其他移動聯網設備在空間、耗電量和應用方面的要求，我們必須採取創新化的系統設計方法，注重晶片上（系統晶片）和封裝內（多晶片封裝）集成、更快的啟動時間和更小的待機耗電量。
這些設計上的限制條件讓可穿戴設備看起來更像是高性能的功能手機，而不是智慧型手機或平板電腦。因此系統設計師不能只是簡單地縮減現有行動裝置平臺的尺寸，而必須採取創新化的方式，按系統要求優化組件選擇。具有下一代高密度0．4毫米間距封裝和MCP模塊的NOR快閃記憶體非常適合於大多數可穿戴應用，且提供了充足的本地存儲容量、應用代碼的本地執行便利性和低待機耗電電量，可延長設備的電池續航時間。
由於物聯網系統會自動將採集的數據傳輸至雲端，因此可穿戴設備對於本地存儲的需求非常少，這意味著NOR快閃記憶體的益處大大高於其存儲容量略小所帶來的折損。雖然高端可穿戴設備（尤其是用於存儲視頻的設備）可能仍然需要NAND快閃記憶體晶片或eMMC模塊，但NOR快閃記憶體完全適合於可穿戴和物聯網設備市場的大部分產品。