非揮發性記憶體技術的基礎與評估

在電子式斷路器的設計中，非揮發性記憶體（Non-volatile Memory）已成為保存斷路履歷與系統設定資訊不可或缺的核心元件。近年來，能在斷電後依然保持資訊，且具備重複抹寫能力的記憶體技術備受業界關注。其中，FeRAM（強鐵電隨機存取記憶體）、nvSRAM（非揮發性 SRAM）及 EEPROM 等記憶體技術各有其獨特優勢，開發者需根據具體用途進行選型。本章將概括這些技術的結構特性與性能差異，並解析其在電子斷路器中的應用潛力。

FeRAM、nvSRAM 與 EEPROM 的結構與特性

FeRAM 是一種利用強鐵電體特性的記憶體，其最大特色在於極速的寫入速度與極高的耐用性。在某些應用場景下，其抹寫次數可達 $10^{14}$ 次，非常適合需要頻繁記錄數據的環境。另一方面，nvSRAM 兼具了 SRAM 的高速存取特性與非揮發性，並擁有在系統關機時自動備份數據至內部非揮發層的機制。而 EEPROM 雖然寫入速度較慢，但能提供穩定的長期資料保存，因此被廣泛應用於變動頻率較低的設定資訊紀錄中。

數據保存性與抹寫耐久性的差異

在選用非揮發性記憶體時，理解「數據保存年限（Data Retention）」與「抹寫次數（Endurance）」之間的平衡至關重要。EEPROM 與 Flash 雖然具備較長的資料保存期限，但其抹寫次數存在硬體限制。FeRAM 在保有同等保存期限的同時，更擁有極其優越的抹寫耐受力。nvSRAM 由於是 SRAM 與 EEPROM 的混合架構，表現出中介特性：在電源開啟時，運作模式與 SRAM 相同，具備幾乎無限次的抹寫壽命；僅在電源切斷進行數據備份時，才受限於內部 EEPROM 層的抹寫次數限制。根據應用需求進行性能評估，將直接影響設備的最終可靠性。

斷路器用途中的記憶體選型基準

電子式斷路器的記憶體選型不應僅考慮儲存容量，還必須綜合評估：溫度耐受性、功耗、響應速度、抹寫耐久性以及運作電壓等要素。此外，由於斷路器通常部署於各種工業現場，必須能在嚴苛環境下穩定運作，因此採用具備寬廣工作溫度範圍與長期可靠性的記憶體至關重要。同時，記憶體與通訊介面（如 I²C、SPI 等）的相容性，也是設計選型時的重點考量。

故障履歷儲存的應用案例

電子式斷路器已從單純的過電流保護裝置，演進為能夠累積與分析故障數據的「智慧化設備」。透過非揮發性記憶體，系統可在斷電後持續保有跳脫事件（Trip Events）紀錄、發生過電流時的狀態以及設定參數，進而活用於故障分析與預測性維護（Predictive Maintenance）。本節將詳細探討斷路器內部的資訊記錄實例，及其為設計與維護帶來的各項優點。

跳脫代碼與錯誤履歷的即時記錄機制

電子式斷路器具備一套機制，能在發生跳脫動作時立即將「跳脫代碼（Trip Code）」或「錯誤事件」儲存至非揮發性記憶體中。這使得維護人員在尋找故障原因時，能夠明確掌握過去發生的具體問題。特別是在分析突發性跳脫或短路電流的原因時，這類履歷資訊極其有效。記憶體的高速記錄與確實保存功能，對提升診斷精確度有顯著貢獻。

停電後仍能維持的斷路與設定數據保存技術

許多電子式斷路器採用將斷路設定值（Setting values）與跳脫參數儲存在非揮發性記憶體中的設計，以確保在停電後無需重新設定。透過這種技術，即使遭遇瞬時電壓下降或系統重啟，設備仍能維持正確的設定資訊並正常運作。像 FeRAM 或 nvSRAM 這種高速、高耐久的記憶體，甚至能捕捉並保存斷路前瞬間的狀態變化，對於提升預防再次發生故障（Recurrence Prevention）的精準度大有裨益。

活用於面向設計者的診斷與維護支援

儲存在斷路器中的履歷資訊，不僅是現場作業人員，也是設計與開發工程師極其重要的診斷材料。透過從記憶體儲存的日誌中提取異常發生模式，可用於優化斷路器規格及進行故障模式分析（FMEA）。此外，藉由回饋現場數據，還能強化未來的產品改良與服務應對能力。實作非揮發性記憶體能為整個產品開發週期提供高品質的數據支持。

熱履歷紀錄功能的實作技術

電子式斷路器必須持續監控因通電引起的發熱或過載狀態，並正確判斷熱條件對斷路動作的影響。實現這一點的核心技術即為「熱履歷紀錄功能」。透過使用非揮發性記憶體儲存過去的熱履歷，斷路器不僅能進行即時溫度變化監控，還能根據累積的熱負載進行高精度的跳脫判斷。本章將解析熱履歷紀錄功能的技術背景、實作方法及評估重點。

斷路後仍持續熱建模的自我供電型電力設計

在斷路器轉向開放（Open）狀態後，若要持續更新內部熱模型（Thermal Model），則需要電力供應。因此，先進的電子式斷路器採用了在斷路動作期間也能短時間「自我供電（Self-powered）」的設計。這使得系統能對通電中的升溫及冷卻過程進行建模，並作為發熱履歷記錄在非揮發性記憶體中。這種自我供電設計與記憶體技術的結合，實現了更精確且高可靠性的斷路控制。

熱履歷對下一次斷路判斷的影響與安全性

儲存在非揮發性記憶體中的履歷資訊，會被活用為下次斷路判斷的重要參數。例如，若先前持續處於高負載狀態，即使電流值相同，由於可能較早超過溫度極限，斷路器可設計為以較短的延遲時間進行跳脫。這能將熱損傷與絕緣劣化的風險降至最低，對於大幅提升安全性具有顯著效果。

與 RC/定時器方式的性能比較與優勢

傳統上，雖然透過 RC 時間常數電路或類比定時器來模擬熱累積，但這些方式在精度及環境變動耐受性方面存在侷限。相對地，利用非揮發性記憶體與微控制器（MCU）進行的熱履歷紀錄，透過數位控制能實現更高精度且穩定的紀錄。此外，由於能以日誌形式保存履歷，在便利性上極高，可直接用於診斷與分析。結果顯示，與傳統方式相比，設計的靈活性與維護性皆獲得了質的提升。

總結與導入檢查要點

電子式斷路器中非揮發性記憶體的活用，已不僅限於單純的履歷保存，更提供了預測性維護、設計改善及安全性提升等多面向價值。透過高精度實現跳脫履歷與熱履歷紀錄功能，斷路器正進化為擔負「現場情報化（Field Intelligence）」重要一環的裝置。本章將整理技術導入的優點及設計階段應注意的評估重點。

導入非揮發性記憶體在設計上的利點

搭載非揮發性記憶體使斷路器在電源喪失後仍能保持跳脫事件與設定資訊，對簡化維護與強化安全性做出巨大貢獻。此外，由於取得日誌數據變得容易，預期能加快現場應對速度並提升防止再次發生故障的精準度。在設計層面，還能建構與微控制器連動的彈性控制邏輯，進而提升產品的附加價值。

技術選型時的要點整理（記憶體類型、備援電源、規格相容）

在選用非揮發性記憶體時，除了耐久性、功耗、響應速度等基本性能外，設置環境的溫度範圍與規章符合性（Compliance）也是重要的評估指標。此外，為了保證斷路時的數據保存，應考慮採用可自我供電的電路設計或利用電容器進行瞬時電源保持。再者，符合 UL 或 IEC 等國際規格的情況，對於迴避實作階段的障礙風險也是不可或缺的。

未來技術展望與應注意的可靠性課題

預測未來電子式斷路器中非揮發性記憶體的角色，將從單純的記錄裝置擴展為與 AI 自我診斷及遠端監控連動的基礎平台。然而，記憶體單元（Cell）劣化、資料保存期限縮短、外部雜訊導致的誤寫入等可靠性課題也隨之浮現，因此有必要導入冗餘設計（Redundancy）或錯誤檢查機制（ECC）。著眼於未來進化的設計，將直接關係到產品競爭力的維持。

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HVAC 控制對非揮發性記憶體的各項需求

HVAC 必須使用 NVM 的原因：設定、日誌保持與安全性

在 HVAC 控制系統中，非揮發性記憶體（NVM）對於在電源中斷後保留關鍵資訊至關重要。具體而言，這包括使用者的溫度設定、運作排程、各種感測器的校準值，甚至是故障代碼等。這些資訊都必須在停電或系統重啟後能夠立即復原。此外，攸關安全的控制參數與緊急運作模式的觸發條件，也應妥善保存。藉由 NVM 的應用，HVAC 系統能實現穩定的啟動過程，防止誤動作並降低安全風險。同時，透過日誌資訊的保存，更有助於維護時的故障排除（Troubleshooting）及長期運作的最佳化。隨著現代 HVAC 設備日益智慧化，NVM 所扮演的角色也愈發重要。

耐環境性能：溫度與長期保存耐受性

HVAC 控制系統經常安裝於室外機組或高低溫差巨大的環境中，因此所使用的非揮發性記憶體必須具備極高的耐環境性能。特別是支援 -40°C 至 +125°C 的工業級或車載級運作溫度範圍已成為基本要求。此外，資料的長期保存性能（例如 10 年以上的 Data Retention）也是不可或缺的。由於系統常暴露於高濕度或電磁干擾（EMI）等嚴苛環境下，NVM 必須具備足以耐受這些影響的結構與設計。除此之外，還需要考慮寫入時的電源電壓波動耐受力，以及在突發性斷電時確保數據不遺失的設計。為了確保在產品整個生命週期中擁有穩定的性能，選型時不應僅止於規格表（Spec）的比較，更需參考在實際環境下的測試結果。

技術比較：EEPROM, Flash, FRAM, nvSRAM 等

適合 HVAC 控制的 NVM 包含 EEPROM、Flash、FRAM（強鐵電隨機存取記憶體）以及 nvSRAM（非揮發性 SRAM）。EEPROM 具備成本優勢，廣泛應用於各類嵌入式系統，但在抹寫次數與寫入速度上有所限制。Flash 在容量方面具備優勢，但不適合高速抹寫。相較之下，FRAM 具備低功耗、高速寫入特性，且抹寫壽命次數遠高於傳統記憶體，非常適合需要頻繁更新數據的 HVAC 應用。nvSRAM 則結合了 SRAM 的高速性與 NVM 的資料保持性，適合用於日誌保存與即時處理。選型時，必須針對各項應用的抹寫頻率、運作速度、成本及耐久性進行評估，以選擇最合適的技術。

HVAC 系統中的 NVM 實作案例

能源歷史數據儲存案例

能源歷史數據的累積對於提升 HVAC 系統的運作效率與維護性極為重要。在某大學校園的 HVAC 控制案例中，導入了基於房間使用時程表（Room Use Calendar）的最佳化排程管理，並執行能源日誌的收集與儲存。將過去的運作紀錄、室溫變化及能源消費趨勢記錄在非揮發性記憶體中，並據此調整控制演算法，大幅提升了 HVAC 的運轉效率。結果顯示，該案例成功減少了高達 40% 的營運能源消耗。在此類應用中，日誌的可靠性與保存期限至關重要，因此 NVM 的容量、耐久性與寫入速度之間的平衡是設計的關鍵。

低成本 HVAC 控制器中的 Flash 與 EEPROM 併用

在強調低成本的 HVAC 控制設備中，常見同時搭載 Flash 記憶體與 EEPROM 的配置。Flash 記憶體用於儲存控制韌體與初期設定值，而 EEPROM 則負責記錄使用者的設定變更與自動調整（Auto-tuning）後的控制參數，透過這種分工實現成本與性能的最佳化。在某控制系統中，設計者將 PID 自動調整功能獲得的最佳增益值（Gain value）先存放在暫存緩衝區，僅在使用者授權保存時才寫入 NVM。這種設計能有效減少 EEPROM 的存取次數，在延長抹寫壽命的同時，提升了整體系統的可靠性。這種配置是充分理解 NVM 限制並在系統端進行適當寫入控制的優良範例。

活用內建 F-RAM 之 IP 閘道器的 HVAC 控制

近年來，活用內建 FRAM 的智慧閘道器（Smart Gateway）來管理 HVAC 系統的案例日益增多。這些閘道器是連接多個空調單元與建築管理系統（BMS）的重要節點，要求具備即時數據處理能力與故障後的快速復原能力。利用 FRAM 高速寫入、低功耗及高耐久性 的特性，系統能週期性地保存各單元的狀態資訊與警報日誌，並確保在通訊異常時仍能持續控制。這使得設備能與雲端遠端控制及分析連動，支援能源最佳化與預測性維護（Predictive Maintenance）。隨著智慧建築（Smart Building）的發展，FRAM 及其他高性能 NVM 的重要性將持續提升。

HVAC 設計中選用 NVM 的檢查要點

抹寫頻率、功耗與速度之間的權衡

在選用非揮發性記憶體（NVM）時，抹寫頻率、功耗與存取速度之間的權衡（Trade-off）極其重要。在需要頻繁更新設定資訊與感測器數據的 HVAC 控制應用中，必須具備高速且低功耗寫入能力的 NVM。例如，EEPROM 的抹寫耐久性有限，在頻繁存取的應用場景下，壽命問題將成為瓶頸。相比之下，FRAM 或 nvSRAM 具備極強的高頻抹寫耐受力，非常適合用於即時日誌記錄與故障歷史保存。然而，這類技術的單位成本通常較高，且容量相對有限。為了取得最佳平衡，設計者必須精確掌握目標應用程式的數據更新模式，並依此選用最適當的 NVM 種類。此外，導入磨損均衡（Wear Leveling）或寫入抑制邏輯也是設計中不可或缺的重要手段。

工業級與車載級的耐久性及溫度範圍

HVAC 系統常安裝於工廠、大樓戶外機組或車載環境等嚴苛條件下，因此對 NVM 的可靠性要求極高。具體而言，-40°C 至 +125°C 的寬廣工作溫度範圍、10 萬次以上的抹寫壽命以及 10 年以上的資料保存能力已成為標準的技術規格要求。此外，針對振動、濕度及鹽害等外部因素具備相應對策的 NVM 更是首選。近年來，取得特定認證的工業級或車載級 NVM 產品日益增多，是建構高可靠性控制系統的有效選擇。在開發階段，必須透過實驗室測試與現場測試（Field Test）驗證這些環境性能，以確保設計能支撐長期的穩定運作。

成本、供應穩定性與 AEC-Q 認證支援

在 HVAC 系統中選用 NVM 時，除了性能外，成本與供應穩定性同樣關鍵。特別是在量產階段，產品單價直接影響競爭力，因此必須在性能與價格間取得平衡。同時，全球供應鏈的穩定性以及是否提供長期供應保證（Long-term Support）也是必須確認的重點。針對特定用途，是否具備可靠性認證（如 AEC-Q100 等）常成為採用的判斷基準，設計階段就應對此有所共識。此外，為了因應自然災害或半導體短缺等供應鏈風險，建立複數供應商（Second Source）的採購體系，對於產品生命週期的風險控管至關重要。從設計初期到採購階段，需要具備一致且戰略性的規劃。

HVAC × NVM 導入路線圖與展望

設計評估與測試階段（耐環境與電源特性驗證）

在導入 NVM 的初期，嚴謹的評估與測試是成功的基礎。HVAC 系統需要進行包括溫度、濕度、振動在內的綜合耐環境測試，並確認對電源波動的耐受力，以及在突波電流（Inrush current）環境下數據寫入的穩定性。這能有效防止記憶體損壞或數據遺失。對於抹寫次數頻繁的設計，必須在模擬實際運行狀態下進行耐久性測試。此外，優化 NVM 運作的韌體控制以及寫入抑制邏輯的驗證也是關鍵步驟。開發初期的完整驗證流程，能預防量產後的可靠性問題，確保 HVAC 產品能長期穩定運作。

樣品採購、量產轉換期限與供應展望

採用 NVM 時，必須與量產轉換時程緊密配合。建議在設計階段縮小候選範圍後，儘早採購工程樣品（ES）進行評估驗證。在此基礎上，需與供應商確認量產零件的交期、最小起訂量、前置時間（Lead time）以及供應的可行性，以掌握採購風險。近年來，受全球半導體供應不穩定影響，NVM 產品易受交期拉長與價格波動影響。因此，及早鎖定料件、選定替代方案並建立多重採購管道非常重要。在整個專案進程中，NVM 的採購計畫是決定產品能否如期上市的核心要素。

AI 驅動 HVAC 的即時記錄與未來展望

在導入 AI 控制的次世代 HVAC 系統中，即時運作日誌與學習數據的記錄將成為常態需求。例如，系統需逐次記錄室內人數、氣象條件及能源消耗數據，並據此優化控制演算法。這類系統對於具備高頻率與高速寫入性能的 NVM 需求極大。此外，系統設計還需考量與 AI 推論引擎介接的數據保持介面及通訊穩定性。展望未來，HVAC 將從單純的空調功能進化為對整棟建築能源進行最佳化的「整合型智慧裝置」，而高性能 NVM 則是實現這一願景的核心關鍵技術。

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HMI 系統中非揮發性記憶體的角色

HMI 系統扮演著連接裝置與人員的重要橋樑，必須具備保存日常操作數據與系統設定的能力。特別是在發生斷電或突發性停機時，為了確保動作狀態與使用者設定不會遺失，使用非揮發性記憶體（Non-volatile Memory）至關重要。正確選擇此類記憶體並將其整合至設計中，將直接關係到 HMI 整體的可靠性與後續維護的便利性。

電源切斷時的風險與對策

在工廠或生產現場的環境中，HMI 系統在運作過程中可能會遭遇突發性的電源中斷。在這種情況下，若設定值或動作日誌（Log）遺失，不僅會導致重啟後的重新設定耗費大量時間，也會使追蹤故障原因變得極其困難。為了因應此類風險，採用寫入速度快且能即時儲存數據的非揮發性記憶體是非常有效的方案。此外，透過電源監控 IC 或電容器（Capacitor）配合的電源備援設計，可進一步確保數據的確實保存與系統復原。

在設定值保存與警報記錄中的應用

HMI 系統需要持續保存使用者設定、參數資訊、警報發生歷史以及運作日誌等多樣化資訊。這些數據對於確認操作紀錄、判斷故障原因以及記錄設備維護紀錄至關重要，能有效提升系統的安全性與效率。非揮發性記憶體是確保電源掉電後依然能維持這些資訊的有效手段。根據保存對象的數據特性選擇最適當的記憶體，是實現系統長期穩定運作的基礎。

確保可靠性與長期使用的必備特性

工業級 HMI 系統被要求必須能長時間穩定運作，因此其構成元件需要具備極高的可靠性。特別是針對非揮發性記憶體，通常需要具備 10 年以上的數據保存（Data Retention）性能、高抹寫耐用度以及寬廣的工作溫度範圍。為了滿足這些嚴苛要求，詳細確認記憶體的技術特性並根據產品生命週期進行評估非常重要。此外，選用具備防誤寫保護功能或錯誤偵測偵測機制（ECC）的產品，將能進一步提升系統的信賴度。

HMI 用途中常見的非揮發性記憶體種類

在 HMI 系統中，必須根據設定保存或日誌紀錄等不同用途，適當地選用非揮發性記憶體。EEPROM、Flash、FRAM、MRAM 等記憶體各具特色，設計者需要從抹寫耐用度、容量、速度及成本等面向進行權衡。明確化設計需求並著眼於長期穩定運作的選型是設計成功的核心。

EEPROM・Flash：通用性強，但須注意抹寫頻率

EEPROM 適合記錄小容量的設定數據或組態資訊，支援以位元組（Byte）為單位的抹寫，對於抹寫頻率較低且數據量有限的用途來說，是非常便利的選擇。Flash 記憶體 則具備大容量與成本效益優勢，常用於儲存 HMI 的畫面配置資訊或多國語言文件。然而，這兩類記憶體都有抹寫壽命（Write Endurance）的限制，並不適合需要頻繁更新數據的儲存。此外，Flash 必須以區塊（Block）為單位進行抹除，對於要求即時性處理的程序會產生限制，設計時需針對用途評估。

FRAM・MRAM：在高頻率抹寫與即時性方面的優勢

FRAM（強鐵電隨機存取記憶體，FeRAM） 結合了極高的抹寫耐用度（約 1 兆次以上）、低功耗與極速寫入特性。由於其寫入時無需等待（No Wait），能立即執行下一項處理，因此非常適合需要高度即時性的 HMI 系統。目前廣泛應用於使用者操作日誌、感測器數據的週期性保存，或是需要低功耗的電池驅動型 HMI 終端。MRAM（磁阻式隨機存取記憶體） 同樣兼具非揮發性與高速性，抹寫耐用度亦表現優異。在更高功能的 HMI 系統中，對於需要頻繁更新數據的儲存區域，MRAM 的導入比例正逐漸增加。這兩種記憶體技術目前都是彌補傳統 EEPROM 或 Flash 難以應對的高端應用之關鍵方案。

應對嚴苛環境的工業級記憶體選型

人機介面（HMI）常在高温、振動、高濕度及粉塵等嚴苛環境下運作，因此對非揮發性記憶體的耐環境性能要求極高。近年來，許多記憶體廠商針對同一款產品提供多種可靠性等級，如工業級（Industrial Grade）或車載級（Automotive Grade）。根據 HMI 的實際使用條件選擇合適等級，是確保長期穩定運作與維護性的關鍵。此外，還需綜合考量長期供應能力（Long-term Supply）、設計變更風險、工作溫度範圍、資料保存期限（Data Retention）、封裝規格及通訊介面，確保與整體系統的整合性。

設計時應考慮的檢查要點

選用非揮發性記憶體時，需綜合判斷記錄數據的特性、抹寫頻率、保存期限、系統架構及介面規格等多重因素。除了單純的容量與價格，將長期運作及維護便利性納入考量，是建構堅固 HMI 設計不可或缺的環節。

梳理抹寫頻率與資料保存期限的要求

明確化數據抹寫頻率與保存期限的要求，有助於選擇最適當的非揮發性記憶體。例如，對於初期設定後鮮少更新的參數，EEPROM 或 Flash 是理想選擇；但對於需要即時記錄的日誌數據（Log Data），則需使用 FRAM 或 MRAM 等高耐久記憶體。此外，若應用場景要求資料保存超過 10 年，則必須選擇具備相應保存性能規格的記憶體。梳理各用途需求是避免選型錯誤的第一步。

對電壓波動與停電的應對能力

在工廠或現場環境中，電源可能不穩定或突然中斷。為了確實保存重要數據，除了選用寫入速度快的非揮發性記憶體外，還需搭配電源監控電路及電容器的備援設計。為將數據損壞風險降至最低，應結合寫入時序控制與系統整體的電源管理方針，進行高可靠性的設計。

成本、電路配置與介面選擇

選型時除考慮產品單價與佈局面積（Footprint）等成本因素外，還需評估對系統配置的影響。例如，採用具備電池備援的記憶體會影響電源設計與後續的維護計劃。此外，記憶體是否支援 SPI、I2C 或 Parallel 等通訊介面，也會影響與微控制器（MCU）的相容性。為了實現整體設計的最佳化，必須在技術需求與成本之間取得平衡。

優化非揮發性記憶體的應用

提升 HMI 系統可靠性的關鍵在於：考量數據屬性、更新頻率、使用環境及電源設計，導入最適當的非揮發性記憶體技術。根據需求彈性運用不同技術，並落實於長期運作的設計中，才是成功的核心。

根據用途選用最適技術

在單一 HMI 系統內，保存的數據種類繁多且需求各異。設定資訊等低更新頻率的數據使用 EEPROM 或 Flash 已足夠；但運作日誌或警報紀錄等頻繁更新的數據，則需要 FRAM 或 MRAM 等高耐久記憶體。透過適當的技術分工，可在避免不必要成本與設計複雜度的同時，確保長期的可靠性與性能。

避免選型錯誤的設計注意事項

記憶體選型錯誤可能導致系統可靠性受損，對現場運作造成重大影響。例如，若抹寫次數超過耐用極限，將引發數據損壞，進而導致設備停機或誤動作。此外，若保存期限不足，維護期間重要的設定值可能會消失。為規避這些風險，應在設計初期明確定義數據需求，並精確選用合適產品。

HMI 系統的未來發展趨勢

隨著 IoT 與 AI 應用的普及，未來 HMI 將朝向多功能與高性能化發展。隨之而來的是數據量與儲存頻率的激增，對非揮発性記憶體的性能要求也隨之提高。預計具備高速、高耐久、低功耗特性的次世代記憶體（如 FRAM、MRAM）將成為主流。在設計中融入具備彈性與擴張性的思維，將有助於提升產品作為未來設計資產的價值。

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FA設備與溫度控制器的基礎知識

溫度控制在FA設備中的角色

在FA（Factory Automation，工廠自動化）設備中，溫度控制是直接影響生產流程穩定性與確保品質的關鍵功能。在射出成型、錫膏焊接、乾燥設備等許多製造製程中，溫度會直接影響產品的物理特性。透過精確的溫度管理，能有效提升良率並優化能源效率，因此溫度控制器在控制系統中扮演著核心角色。

溫度控制器的基本構造與種類

溫度控制器是根據溫度感測器的輸入訊號發送控制訊號，進而驅動加熱器或冷卻器的裝置。其基本構造包含：溫度檢測單元、運算單元（如 PID 控制）以及輸出單元。常見種類包括類比式、數位式及模組式，根據應用需求與設備規模進行選型。近年來，具備通訊功能與多組輸入支援的高階機型已成為主流。

為何溫度控制器如此重要？

在製造現場的製程控制中，溫度控制器透過維持恆溫來實現產品品質的穩定。例如在塑膠成型中，模具溫度會影響成型品的尺寸精度與表面品質。此外，防止過熱或過冷不僅能降低能耗，還能確保作業安全性。因此，溫度控制器的性能與可靠性，對於兼顧生產力與安全性至關重要。

非揮發性記憶體的種類與特性

EEPROM、Flash 與 FRAM 的比較

長期以來，EEPROM 和 Flash 記憶體一直被廣泛應用於工業設備。EEPROM 支援以位元組（Byte）為單位進行抹寫，資料保存具備靈活性，但寫入速度較慢且壽命有限。另一方面，Flash 記憶體具備高速讀寫與成本優勢。相比之下，FRAM（強鐵電隨機存取記憶體） 具備低功耗與高抹寫壽命的特點，非常適合需要高度即時性的 FA 設備。

FRAM 的特性及其在工業用途中的優勢

FRAM 利用強鐵電物質的特性來保存資料，即使在電源消失時也能維持記憶內容。其主要優勢在於：極快的寫入速度、極高的抹寫次數（耐用性）以及低功耗。對於需要頻繁變更設定或記錄日誌（Log）的 FA 設備而言，FRAM 是兼顧長期可靠性與維護便利性的理想解決方案，因此備受業界關注。

非揮発性記憶體的抹寫耐用度與可靠性

在 FA 設備中，需要頻繁記錄設定值與警報履歴等資訊。傳統的 EEPROM 或 Flash 記憶體的抹寫次數（Write Cycle）通常限制在 10 萬至 100 万次左右，根據使用條件的不同，可能面臨提早達到壽命極限的風險。相較之下，FRAM 具備高達 10 兆次以上的抹寫耐用度，能實現極長的運作壽命。這確保了設備在發生故障重啟後，設定值依然能被確實保存，大幅提升了設備整體的可靠性。

溫度控制器中的非揮發性記憶體活用案例

設定值保存與復原功能的優點

透過在溫度控制器中整合非揮發性記憶體，即使在斷電或意外重置後，系統仍能保留斷電前的設定值，實現快速復原。這不僅減少了重新設定的人力成本，還能防止因誤設定導致的品質問題。特別是在無法中斷生產線的連續運作製程中，這種自動復元功能是提高設備可靠性與生產效率的重要關鍵。

非揮發性記憶體的應用實例

以日本某大廠的溫度控制器為例，該產品利用 EEPROM 保存設定值與歷史紀錄，實現停電後的自動復原。其具備最高 100 萬次的抹寫壽命，在一般用途下屬於可靠性極高的設計。然而，在抹寫頻率極高或電磁干擾（Noise）嚴苛的環境中，EEPROM 的壽命極限與寫入速度可能成為瓶頸。對此，FRAM 具備高速、高耐久及低功耗的特性，對於追求即時性與長壽命的 FA 設備而言，是更具優勢的技術選擇。

硬體實作上的設計注意事項

在溫度控制器中導入非揮發性記憶體時，必須考慮抹寫頻率與壽命進行設計。例如使用 EEPROM 時，若設定值變更頻繁，建議採用緩衝控制（Buffer Control）以一定的間隔進行寫入；而使用 FRAM 則可在事件發生時即時寫入，完全不影響抹寫壽命。此外，EEPROM 在斷電時需要設計電容補償或失效防護（Fail-safe）機制以確保資料寫入完整，但 FRAM 憑藉其高速寫入的特性，通常不需要額外的電容來保證斷電時的資料寫入。選擇適當的記憶體種類與控制邏輯，將直接影響產品的長期穩定運作。

總結

提升 FA 設備可靠性的關鍵要素

溫度控制器在 FA 設備中的性能直接影響產品品質與產能，其可靠性是設計時的核心考量。透過搭載非揮發性記憶體，能確保設定資訊不遺失並在重啟後立即復原，將停機時間（Downtime）降至最低。這不僅實現了穩定的生產運作，也簡化了維護工作，從而大幅提升整台設備的信賴度。

採用非揮發性記憶體的評估要點

在選用非揮發性記憶體時，需從使用環境、抹寫頻率、資料保存期限（Retention）以及斷電時的資料安全性等多維度進行評估。特別是對於以長期運作為前提的 FA 設備，具備優異抹寫耐用度的 FRAM 將變得愈發重要。著眼於產品生命週期的設計決策，將有助於系統整體的最佳化。

未來技術趨勢與選型指南

隨著 FA 設備朝向 IoT 化與節能化發展，數據日誌（Data Logging）與進階設定資訊的保存變得更加重要。因此，市場對於非揮發性記憶體「高速、高耐久、低功耗」的需求日益增長，預計 FRAM 及次世代記憶體技術的採用將會加速。未來的產品選型不應僅僅停留在成本比較，更需要根據實際運作需求與技術前瞻性進行綜合評估。

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什麼是無電池旋轉編碼器

無電池旋轉編碼器是在保持旋轉位置資訊時不使用電池，而是利用不揮發性記憶體等技術，在斷電時實現數據保留的編碼器。傳統的絕對值編碼器（Absolute Encoder）依賴電池防止記憶資訊流失，但在維護與壽命方面存在課題。無電池方式透過結合能量擷取（Energy Harvesting）技術與具備瞬時寫入能力的記憶體，可實現長壽命且穩定的運作。

無電池化的背景與要求的性能

近年來，在產品設計中對於減輕維護負荷及抑制環境負荷的需求日益增強，不依賴電池的系統配置備受關注。旋轉編碼器也不例外，定期更換電池的繁瑣程序以及電池耗盡導致資訊損失的風險已成為主要挑戰。在此背景下，市場需求一種即使在斷電時也能確實保存位置資訊的無電池架構，而採用可瞬時寫入且具備高耐久性的不揮發性記憶體被認為是非常有效的解決方案。

自我發電與能量擷取技術概要

支援無電池配置的重要元素是導入自我發電或能量擷取技術。例如，將旋轉編碼器內部旋轉運動產生的磁場或振動能量轉換為電力，並利用該電力記錄位置資訊。以使用韋根感測器（Wiegand Sensor）或微型線圈的發電手法為代表，為了使瞬間產生的微小電力也能確實保存數據，系統需要極低功耗設計的記憶體與控制電路。

與電池驅動型的差異及設計課題

電池驅動型編碼器因穩定的電源供應，可實現較自由的運作時序與高功能的控制，但同時也存在電池壽命與維護成本的問題。特別是在長期使用或高頻率使用的環境下，電池老化會增加性能下降或故障的風險。無電池型則必須配合發電時機瞬間寫入數據，因此對寫入速度與低功耗性要求極高。此外，由於發電量有限，所有構成元件都必須整合在省電設計之下。

不揮發性記憶體選型左右設計品質

在無電池旋轉編碼器中，即使電源喪失也能保存數據的不揮発性記憶體不可或缺。記憶體的性能與特性會對整體系統的可靠性及長期穩定性產生重大影響，因此正確的選型將左右設計品質。選型時不應僅憑記憶容量或介面決定，必須從寫入速度、功耗、環境耐受性、覆寫壽命等多個面向進行比較評估。

斷電時要求的數據保持能力

在旋轉編碼器運作中突然斷電時，保持旋轉資訊極為重要。為此，即使在有限的電力下，也必須具備能立即將數據寫入不揮發性記憶體的性能。在許多工業裝置中，電源喪失的風險恆常存在，若無法在微秒（$\mu s$）等級內確實完成寫入，位置資訊就有可能遺失。選用的不揮發性記憶體必須具備能短時間完成寫入的高速性，以及斷電後也能確實保留數據的穩定性。

傳統 EEPROM 與 Flash 的課題為何

雖然 EEPROM 與 Flash 記憶體作為一般的不揮發性記憶體被廣泛使用，但在無電池旋轉編碼器這種對高速、低電力要求極其嚴苛的用途中，存在一些限制。EEPROM 的覆寫速度相對較慢，且覆寫循環次數有限，不適合需要頻繁更新的環境。Flash 雖然在大容量方面表現優異，但寫入時需要高電壓且能源效率較差，在依賴自我發電的瞬時電力供應下，可能會面臨難以穩定運作的狀況。

確保可靠性與耐久性的記憶體要求

以工業用途為前提的旋轉編碼器，要求在長期使用及嚴苛環境下能穩定運作。因此，不揮發性記憶體必須具備高覆寫耐性、對溫度變化與振動的強韌性，以及對電磁干擾（EMI）的耐受力。此外，由於寫入失敗是絕對不被允許的，因此在斷電前的瞬間也能確實完成寫入的性能至關重要。為了回應這些需求，記憶體不僅要符合技術規格，還必須透過實際環境下的驗證來確認穩定性。

最適合無電池編碼器的 FeRAM 特點

FeRAM（強誘電體記憶體）是作為無電池旋轉編碼器中不揮發性記憶體極具適配性的元件。它同時實現了高速寫入、低功耗與高覆寫耐性，特點在於即使在自我發電的供電條件下也能確實運作。由於能夠解決傳統記憶體所面臨的性能限制，其受關注度正日益提升。

高速寫入與高耐久性的優勢

與一般的不揮發性記憶體相比，FeRAM 可實現極高速的寫入。它能在數十奈秒（$ns$）至數百奈秒（$ns$）程度內完成寫入，即使是電源斷開前瞬間產生的短暫電力供應也足以因應。此外，其覆寫次數高達 10 兆次以上，具備足以應付每次旋轉即更新數據的耐久性。因此，在旋轉編碼器的應用中，幾乎無需擔心性能劣化，可實現長期運轉。

低功耗與自我發電的高度契合性

在利用自我發電的無電池架構中，通常只能獲得微小電力，因此對所有使用的電子元件進行省電設計是必修課。FeRAM 在寫入時不需要高電壓，運作所需能量遠低於其他不揮發性記憶體。憑藉此特性，即使是自我發電產生的暫時性電力也能確保數據保存，並能簡化升壓電路等周邊設計，進而提升整體設計效率。

抗磁場干擾與穩定運作：馬達環境下的強項

旋轉編碼器多安裝於馬達附近，處於易受磁場與電磁雜訊（EMI）影響的環境。一般記憶體存在因外部雜訊導致寫入錯誤或誤動作的風險，但 FeRAM 在結構上對磁性雜訊具有較強的抵抗力，能維持穩定運作。此外，它對溫度波動也相對強韌，在高溫或低溫下皆能發揮穩定的數據保持性能。這使得設計能對應更廣泛運作環境的旋轉編碼器成為可能。

採用 FeRAM 在設計與運用面效果總結

將 FeRAM 作為不揮發性記憶體嵌入無電池旋轉編碼器，可實現傳統配置難以達成的「高速運作」、「省電性」與「長壽命化」等設計目標。此外，還能獲得因無需電池而帶來的維護簡化及動作穩定性提升等運用效益，貢獻於綜合可靠性與產品價值的提升。

透過無電池化提升維護性與可靠性

在無電池架構中，由於不再需要更換電池，可大幅削減維護的時間與成本。特別是在長期運作的設備或難以進入的安裝場所，避開電池更換或因電池老化導致的故障風險是一大優點。此外，不會發生因電池引起的漏液或內部腐蝕等問題，提升了裝置的長期可靠性。FeRAM 具備高耐久性與可靠性，能長期維持穩定性能，與無電池設計的契合度非常良好。

兼顧能源效率與設計自由度

FeRAM 運作時的功耗極低，即使是自我發電的電力供應也能實現穩定寫入。這使得發電量有限的系統也能確實保持數據，並簡化電源電路的配置。由於可將升壓電路或大容量電容器的設計需求降至最低，因此可獲得減少零件數量、小型化及降低成本等效益。同時，電路板佈局（Layout）的自由度也隨之提高，提升了設計靈活性，這也有助於加速產品開發或實現多功能化。

對產品壽命與動作穩定性的貢獻

部分 FeRAM 產品具備 10 兆次以上的覆寫耐性，即使是要求頻繁更新位置資訊的旋轉編碼器用途，也能長期保持穩定運作。此外，其耐溫性與耐振動性亦表現優異，在嚴苛環境下也能維持性能。這不僅延長了產品整體的壽命，提高了可靠性，也有助於減少停機時間（Downtime）。由於記憶體引起故障的風險降低，系統得以實現長期穩定運轉，從品質保證的角度來看也是一大強項。

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低功耗化需求的背景

近年來，降低功耗已成為電子設備設計中不可避開的課題。隨著小型化與長效續航的需求日益增長，在所有構成組件中，非揮發性記憶體的省電性能是決定產品整體效率的關鍵因素。特別是在電源受限的嚴苛環境下，功耗的優化直接關係到設備的可靠性與持續性。

功耗與產品性能的關係

功耗不僅僅是電池壽命的問題，更會影響產品的綜合性能、散熱對策及電路密度等多個面向。選用高電力效率的組件，能減少設計上的限制，並實現功能提升與小型化。尤其非揮發性記憶體在頻繁寫入操作或電源開關切換時會產生電流負荷，因此優化功耗是系統設計的必要條件。FRAM 運作時的電流消耗極低，是符合此類需求的指標性記憶體技術。

行動裝置與 IoT 中的電力限制

在以電池驅動的感測器設備或行動裝置中，哪怕是 $1\mu A$ 級別的電流消耗差異，都可能成為產品競爭力的關鍵，因此電力限制始終處於設計的核心。這類設備大部分時間處於睡眠模式或關機狀態，並以短週期進行數據記錄或通訊。因此，如何縮減記憶體寫入動作所需的電力與時間，是達成高效電力管理的關鍵。FRAM 的寫入時間僅需數百奈秒（ns），且在高頻率存取下仍能維持低運作電流，即使在電力限制嚴苛的用途中也能發揮優異的省電效果。此外，FRAM 內部電源結構簡單，能縮短啟動時間，非常適合需要頻繁開關電源的應用。

電源設計與記憶體選型的相互關係

電源設計與記憶體選型密不可分。若選擇峰值電流大的記憶體，電源電路將需要過剩的容限（Margin），進而導致電路板設計複雜化及零件成本增加。傳統型 EEPROM 或 Flash 在寫入時需要高電壓或電荷泵（Charge Pump），容易產生突發的峰值電流。相比之下，FRAM 可在低電壓下進行寫入且峰值電流小，有利於降低電源負荷。這不僅能降低穩壓器（Regulator）的額定需求，還能提高電池選用的自由度，在整體的電源設計上帶來巨大優勢。

FRAM 的低功耗特性及其技術原因

FRAM 憑藉其獨特的強誘電體結構，實現了極低功耗的寫入動作，在要求省電性能的應用中，展現出超越傳統記憶體的優勢。其電氣結構與動作原理的差異，直接體現於功耗的落差。

與 EEPROM 及 Flash 的功耗比較

EEPROM 或 Flash 記憶體在寫入時需要高電壓，因此必須驅動電荷泵等電路。這種結構不僅寫入耗時，電流峰值也往往較高。而 FRAM 並非透過機械運動或電荷移動，而是透過強誘電體內的「極化反轉」來更改數據，因此寫入所需的電力可抑制在極低水準。實際上，其寫入電流約僅為傳統記憶體的 1/10 至 1/100，並能在低電壓下穩定運作。這種差異對整個系統的電力效率有顯著影響。

寫入動作時的能量效率

FRAM 的特點是單次寫入的能量消耗極低。例如，Flash 寫入 1 Byte 可能需要微焦耳（$\mu J$）等級的能量，而 FRAM 則僅需不到奈焦耳（nJ）級別。這種差異在需要短時間重複寫入的應用中尤為顯著，並會在長期運作時轉化為總功耗的巨大落差。FRAM 的瞬時寫入能排除不必要的待機時間，將處理器的閒置時間最小化，進而貢獻於整體功耗的削減。

從工作電壓與睡眠電流觀點看優勢

FRAM 在低電壓（1.8V 至 3.6V）下即可穩定運作，且睡眠模式下的電流消耗極少，即使在常時通電狀態下也能抑制電力消耗。與之相對，Flash 或 EEPROM 在寫入過程中或待機時需要相對較高的電流。特別是在 IoT 感測器或間歇運作系統中，睡眠時的電力差異決定了電池壽命。FRAM 的待機電流可低至奈安培（nA）等級，具備能應對嚴苛電源管理需求的優異特性。

助於實現低功耗化的 FRAM 活用案例

FRAM 不僅具備低功耗特性，還兼具高寫入耐久性與高速運作等特點，在多樣化用途中已有豐富實績。特別是在要求電池驅動或省電設計的應用程式中，對於其他非揮發性記憶體難以達成的需求，FRAM 已成為不可或缺的選擇。

電池驅動設備的使用實例

在以電池驅動為前提的設備中，如小型感測器裝置或手持終端機，導入 FRAM 對於延長電池壽命有極大貢獻。例如，在具備數據記錄功能的溫度記錄儀中，需要頻繁寫入感測數據，憑藉 FRAM 的低功耗與高速寫入特性，能以最小限度的活動時間（Active Time）完成運作。這不僅延長了電池更換週期，也有助於降低產品維護成本與環境負荷。

環境能量擷取（Energy Harvesting）環境下的運作實例

在僅能獲取微弱能量的環境能量擷取環境中（如太陽能電池、振動發電等），像 FRAM 這種低電力、高速寫入型的記憶體極為有效。即使獲得的電力是瞬時且不穩定的，由於 FRAM 寫入完成所需的時間極短且啟動速度快，在短時間的電力供應下也能確實實現數據儲存。這能確保感測器的測量數據被完整記錄，並順利銜接後續的數據回收或通訊運作。在追求能源效率最大化的領域，FRAM 是契合度極佳的選擇。

高寫入頻率控制系統的應用

在即時控制系統或韌體日誌（Firmware Log）保存等用途中，短時間內會產生大量寫入。在這種情況下，FRAM 憑藉其高耐久性與低功耗性能，保障了長期運作時的可靠性。例如，在馬達控制設備中高頻率記錄運轉歷史或故障日誌時，使用 FRAM 可達成 10 兆次以上的覆寫，加上寫入時的能量消耗極低，無需擔心記憶體老化或電力負荷即可實現穩定運作。

FRAM 為低功耗設計帶來的可能性

FRAM 在功耗、速度、耐久性等記憶體選型的主要評估維度上，皆具備高標水平的特性，是未來省電設計中極具前景的選擇。這項技術能擴大電源設計的自由度，並對永續性與產品可靠性做出貢獻。

記憶體選型中的重要評估維度

在選用非揮發性記憶體時，不能僅考量容量與成本，必須從寫入速度、耐久性及功耗等面向進行綜合評估。特別是在要求低功耗化的情況下，像 FRAM 這種能兼顧省電與高速運作的技術會提高選用的優先順位。在開發初期準確掌握記憶體特性並據此做出設計判斷，直接關係到產品的競爭力與長期運作成本，因此 FRAM 是選型清單中值得關注的存在。

功耗降低與設計自由度的提升

透過導入 FRAM，可以在抑制系統整體功耗的同時，實現更靈活的設計。例如，系統可以容許比以往更小型的電源配置，進而帶動整體電路板面積與零件成本的削減。此外，還能獲得縮短從電源睡眠模式恢復的時間、降低對備援電源依賴度等附加效益。這使得在有限資源內開發多功能系統設計變得現實，拓展了產品開發的廣度。

實作留意點與未來展望

採用 FRAM 時，需掌握與既有 EEPROM 或 Flash 替換時在電氣介面或信號規格上的差異。不過，目前已有許多支援 SPI 或 I2C 等標準通訊方式的產品，設計負擔相對有限。未來隨著容量進一步擴充與價格競爭力的提升，預計將應用於更廣泛的領域。在追求低功耗與高可靠性的時代趨勢下，FRAM 作為非揮發性記憶體的最佳解決方案，在設計現場的存在感將進一步增強。

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FRAM 與 SRAM 的基礎知識與架構差異

雖然 FRAM 與 SRAM 都是具備高速存取能力的 RAM，但在「揮發性」與「非揮發性」、結構及用途上卻有顯著不同的特性。本章將整理兩者的基本結構與運作原理，並從技術角度解析各別記憶體所扮演的角色。掌握這些基礎知識，將有助於後續的比較與選型判斷。

SRAM 的結構與特性：揮發性與高速存取的機制

SRAM（Static Random Access Memory）是一種利用正反器（Flip-flop）作為儲存元件的揮發性記憶體，具備一旦外部電源供應中斷，記錄內容即會消失的特性。由於存取速度極快，主要用於快取記憶體（Cache Memory）或處理器附近的高速暫存區域。

在結構上，SRAM 不需要刷新（Refresh）動作，且存取延遲極低，因此適合對即時性（Real-time）要求較高的用途。然而，由於其儲存單元由 6 個電晶體（6T）構成，整合密度較低，與同容量的 DRAM 或 FRAM 相比，成本與封裝面積往往較大。

FRAM 的結構與特性：非揮發性與低功耗的優勢

FRAM（Ferroelectric RAM）是利用強誘電體電容器（Ferroelectric Capacitor）構成的非揮發性記憶體，最大的優點在於電源切斷後仍能保留數據。FRAM 不使用正反器或浮閘（Floating Gate），而是透過強誘電體的「極化反轉」來記錄資訊。

這種機制使得寫入動作的能量消耗極低，並能實現高達百兆次（$10^{14}$ 次）以上的寫入耐久性。此外，FRAM 的寫入速度遠快於 Flash 或 EEPROM，且具備優異的隨機存取性能。可以說 FRAM 處於揮發性與非揮發性記憶體之間的獨特地位，對於電源中斷頻繁的應用情境非常有效。

依用途而異的揮發性與非揮發性選擇意義

記憶體的「揮發性」與「非揮発性」是直接關係到應用程式可靠性與數據保留要求的關鍵選型軸線。

身為揮發性記憶體的 SRAM 專精於運行中的暫時性高速處理，在以常時供電為前提的用途中能發揮極致性能。另一方面，FRAM 憑藉其非揮發性，即使在突發斷電或長時間無供電的環境下也能保有數據，因此更適合用於日誌保存（Log Storage）或設定參數保護。

根據應用程式是優先考慮「即時性能」還是重視「斷電因應」，所應選擇的記憶體類型將大不相同。因此，除了單純的性能比較外，深入理解符合實際使用環境的特性至關重要。

基於設計需求：FRAM 與 SRAM 的性能比較

在選用記憶體時，不能僅考量容量與價格，必須綜合評估存取速度、功耗、寫入耐久性及數據保留時間等多項技術指標。本章將針對 FRAM 與 SRAM 進行詳細對比，釐清在實際產品設計中具備參考價值的選型基準。

存取速度與即時性能比較

SRAM 無論在讀取或寫入方面都能實現奈秒（ns）等級的高速存取，在要求即時性（Real-time）的應用中具有絕對優勢。特別是作為處理器的快取記憶體使用時，非常適合處理高頻存取或關鍵任務。

另一方面，FRAM 雖然優於其他非揮發性記憶體，但存取速度仍不及 SRAM，通常維持在 100ns 左右。不過，FRAM 的優勢在於其寫入速度與讀取速度相當，不會像 Flash 或 EEPROM 那樣產生寫入延遲。因此，設計者需根據應用程式所需的具體速度等級來做出判斷。

功耗與靜態功耗 (Static Power) / 待機電流：低功耗設計的適配性

FRAM 的運作功耗極低，特別是每次寫入動作的能量消耗僅需數十奈焦耳（nJ），這使得它在電池供電設備或重視節能設計的系統中極具優勢。此外，其待機時的漏電流也極低，非常適合需要頻繁利用睡眠模式（Sleep Mode）的用途。

相較之下，SRAM 需要常時供電以維持資料，其儲存單元為了自我保持會持續消耗電流，因此即使在待機狀態下也會產生電力負荷。特別是在行動裝置或 IoT 感測器中，電力限制極為嚴格，功耗表現將顯著影響記憶體的選型。

寫入耐久性與數據保留期限的差異

SRAM 的寫入次數沒有限制，且由於其揮發性特質，通常不特別強調耐久性概念。而 FRAM 雖是非揮發性記憶體，卻擁有高達 $10^{14}$ 次（百兆次）以上的寫入耐性，遠高於其他非揮發性方案。

舉例來說，EEPROM 的寫入壽命約在 10 萬至 100 萬次之間，而 FRAM 即使應用於高頻率的日常寫入任務也游刃有餘。此外，其數據保留期限長達 10 年以上，在斷電後仍需可靠保存資訊的場景中令人安心。簡言之，若需同時兼顧「高頻寫入」與「長期保存」，FRAM 是理想之選。

依應用程式分類：採用實例與選型思考

FRAM 與 SRAM 的評價軸心會隨用途而改變。無論是數據記錄（Data Logging）、電池供電設備還是即時處理，兩者皆有能發揮最大特性的專屬領域。本章將結合實際案例，提供在不同條件下選擇適當記憶體的指引。

感測器數據記錄與事件歷史保存的適配性

FRAM 非常適合寫入頻率高、且在斷電時必須保留數據的用途，特別是感測器記錄。在定期記錄溫度、振動、加速度等數據的應用中，可能每隔幾秒就會產生一次寫入，一天累計可達數萬次。

由於 FRAM 的長壽命特性，設計者無須擔憂寫入次數限制，因此在日誌記錄領域的採用案例正持續增加。此外，在發生停電或意外關機時仍能保有紀錄內容，這點也廣受好評。相較之下，SRAM 需要額外的備援電池（Backup Battery），會使電路設計變得複雜，因此在此類用途中 FRAM 通常是首選。

電池供電設備：考量斷電時動作的選型

在以電池供電為前提的系統中（如行動裝置、IoT 感測節點），「功耗」與「斷電時的數據保留」是重大的設計課題。

由於 FRAM 無須電源即可保持數據，非常適合儲存即時時鐘（RTC）數據、運作日誌及設定參數。此外，從睡眠模式喚醒時無須重新初始化數據，有助於縮短系統啟動時間。相對地，若使用 SRAM，則必須追加備援電池電路或外部電容器，增加了電路板設計與後續維護的負擔。結果顯示，FRAM 能有效簡化系統設計。

實作考量點：成本、封裝與供應穩定性

雖然 FRAM 近年來已逐漸普及，主流廠商也提供各種容量與封裝選擇，但與 SRAM 相比，其單價仍然較高。特別是容量越大，成本差距越顯著。因此，必須在容量需求與預算之間取得平衡。

此外，SRAM 擁有極其豐富的產品線與長年的應用實績，供應面非常穩定；而 FRAM 的製造來源相對有限，需考量長期供應風險。在電路板設計階段，由於腳位定義（Pinout）與匯流排架構（Bus Configuration）可能存在差異，精確掌握各類記憶體的規格是成功設計的前提。

依用途與需求制定的最適記憶體選型指針

根據前述的比較與應用案例，我們總結了最終選型判斷所需的檢查要點。透過整理即時性、電力限制、成本及實作需求等多面向條件，協助您在產品開發初期的需求定義階段，選擇最符合目的的記憶體。

需求整理與用途別選型指南

在 SRAM 與 FRAM（FeRAM）之間進行選擇時，明確整理應用程式的需求至關重要。具體而言，必須從即時性、功耗限制、寫入頻率、數據保留必要性，以及成本與供應穩定性等複合觀點進行比較。

• SRAM：適用於重視「極速處理」與「高頻緩存」的系統。
• FRAM：適用於要求「高頻寫入」與「電源斷電穩定性」的用途。

記憶體選型的基本原則，在於確保元件特性與設計目的高度整合。

從未來性與技術趨勢看 FRAM 與 SRAM 的定位

FRAM 在 IoT、穿戴式裝置及醫療儀器等領域的需求正持續增長，預期隨著技術革新，未來將朝向更大容量化與成本降低發展。

另一方面，SRAM 作為成熟技術，已整合至眾多平台中，其作為高速存取記憶體的地位預計將維持不變。未來，兩者在不同用途中「互補運用」的場景將會增加，開發者應具備「適才適所」的組合運作視野。

實作評估時應掌握的比較檢查清

在實際產品開發中，不能僅止於規格書（Datasheet）的比較，必須全面評估以下觀點以進行最終判斷：

1. 功耗(Power Consumption)：評估運作時與待機時的消耗電流。
2. 存取時間(Access Time)：確認是否滿足系統的即時性需求。
3. 寫入耐久性(Endurance)：估算產品壽命內的總寫入次數。
4. 數據保留期間(Data Retention)：確認斷電後的資料安全性。
5. 周邊電路(Peripheral Circuitry)：是否需要額外的備援電池或電壓泵。
6. 供應能力(Supply Capability)：廠商的可靠性與長期供應承諾。
7. 實作限制(Implementation Constraints)：評估成本與電路板面積。

建立完善的檢查清單，能將開發後期的設計變更風險降至最低。

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寫入等待時間導致系統變慢的機制

所謂的寫入等待時間，是指非揮發性記憶體在完成內部處理前，無法接受外部下一次存取的期間。特別是在 EEPROM 中，抹除（Erase）與寫入驗證（Write Verify）會連續執行，這段期間記憶體實質上處於被佔用的狀態。這種內部動作會直接影響系統的響應性（Responsiveness）。

為什麼 EEPROM 無法「即寫即完」

EEPROM 採用在浮閘（Floating Gate）中儲存電荷以保持資訊的結構。寫入時需產生高電壓，透過穿隧電流（Tunnel Current）進行電荷的注入或移除。這個過程並非瞬間完成，需要特定時間的電壓施加與驗證動作。此外，許多產品在寫入前需先對目標區域進行抹除程序，將抹除與寫入視為一個完整的週期執行。因此，從外部觀測時，會呈現出毫秒（ms）等級的固定等待時間。

頁面寫入與寫入週期時間

多數 EEPROM 以「頁面（Page）」為單位進行內部寫入。即使只更新 1 位元組（Byte）的數據，也會針對同一頁面內的資料進行整批處理，因此寫入週期時間幾乎固定，不隨資料量比例增減。控制端必須監測完成旗標（Done Flag）或等待固定時間，這段期間同一匯流排（Bus）上的通訊會受到限制。若寫入時間長於控制週期，則必須進行日誌抽樣（Log thinning）或雙重緩衝（Double Buffer）等追加設計，進而增加軟體複雜度。

即時控制中顯現的等待時間問題

在即時控制（Real-time Control）中，必須在週期內完成運算與輸入輸出更新。若在此處插入 EEPROM 寫入處理，會因等待內部完成而導致週期產生抖動（Jitter）。週期抖動會影響控制穩定性，特別是在高速控制或回饋系統中，會壓縮設計餘裕。即使在事件驅動型的數據記錄（Data Logging）中，連續的寫入等待也會導致緩衝區堆積或記錄遺失。這種等待時間不僅是記憶體規格問題，更是關乎整個系統時間設計（Time Design）的要素。

FRAM 高速的理由 —— 寫入原理的決定性差異

FRAM 與 EEPROM 的寫入速度差異，並非源於電路設計的優化，而是歸因於記憶原理本身的根本不同。EEPROM 依賴涉及電荷移動的非線性物理過程，而 FRAM 則是透過強誘電體的極化反轉（Polarization Reversal）來保持資訊。這種動作原理的差異極大地左右了內部處理時間。

EEPROM 為電荷注入，FRAM 為極化反轉

EEPROM 透過向浮閘注入電荷來改變臨界電壓（Threshold Voltage），進而保持位元資訊。寫入時施加高電場，利用量子穿隧效應（Quantum Tunneling Effect）移動電荷，此過程具備強烈的時間依賴性，需要一定時間的施加與驗證。相對地，FRAM 利用強誘電體材料的自發極化方向反轉來記憶資訊。由於施加電場後極化狀態會立即切換，原理上不需要長時道的電荷蓄積程序。物理特性的差異正是速度差的根源。

電壓泵（Charge Pump）有無所產生的速度差

EEPROM 在寫入時通常需要高於工作電壓的電壓。因此內部設有電壓泵（Charge Pump）電路，在執行電荷注入前需先進行升壓與穩定化。這個升壓過程與能量蓄積耗費時間，支配了整個寫入週期。反觀 FRAM，不需要特殊的解析高壓生成，在邏輯電壓範圍內即可完成極化反轉。無須高壓準備程序，是實現低延遲與低功耗並存的關鍵。

寫入等同於記憶體存取的機制

在 FRAM 中，寫入動作基本上能以與一般記憶體存取（Memory Access）相同的時序完成。針對地址指定與數據輸入，極化狀態會即時反轉，從外部看來，其響應性接近 RAM（隨機存取記憶體）。由於不需要等待內部的長時抹除或驗證程序，且能以位元組為單位獨立更新，因此在更新頻率高的應用中，與 EEPROM 的差距會進一步擴大，依條件不同，理論上可產生高達 1000 倍的時間差。原理的不同直接體現於感官性能的提升。

產生巨大寫入速度差的結構性因素

FRAM 與 EEPROM 的速度差異，無法單憑規格書（Datasheet）上的數值比較來完整說明。內部執行的工程步驟數、寫入單位、以及電壓生成方式等多重因素重疊，使得在實際使用環境中的差距進一步擴大。特別是在更新粒度細、寫入頻率高的條件下，原理上的差異會直接轉化為響應時間的顯著差距。

頁面寫入與位元組寫入的實作差異

以更新感測器閾值或錯誤旗標等「1 Byte 變數」的情境為例：EEPROM 採用頁面單位（例如 128 Bytes）進行寫入，即使只更改 1 Byte，也必須讀取整個頁面、在緩衝區修改後再重新儲存，這引發了所謂的「Read-Modify-Write（讀取-修改-寫入）」過程。相較於這種冗餘的開銷（Overhead），FRAM 可直接針對目標地址進行覆寫。因此，在需要頻繁更新小規模數據的工業設備或數據記錄應用中，兩者在處理時間與功耗上會產生劇烈差異。

無須抹除動作的意義

EEPROM 在寫入前需要耗時的抹除程序（Erase）與高壓施加，而 FRAM 僅需透過覆寫即可完成，完全不需事前抹除。這項差異在電源斷電時的「緊急數據備份」中具有決定性意義。例如智慧電表（Smart Meter）的計費數據、或行車紀錄器的事故紀錄等，在斷電後僅能依賴微小殘留電力完成寫入的用途中，FRAM 的高速性是不可或缺的。由於在等待升壓完成前即可結束儲存，因此即使使用小容量電容，也能確保數據完整受保護。

寫入壽命與控制開銷（Overhead）的關係

在進行高頻率日誌保存時，EEPROM 為了延長儲存單元（Cell）壽命，必須執行「損耗平均技術（Wear Leveling）」。這涉及搜尋空閒區塊、更新映射表（Mapping Table）等額外的計算與記憶體存取，會進一步降低有效速度（Effective Speed）。相對地，FRAM 擁有超過 10 兆次的寫入耐久性，僅需針對特定地址進行簡單的覆寫循環即可。這種「控制演算法的簡化」，正是守住高速任務週期（Task Cycle）的關鍵因素。

考量寫入等待時間的非揮發性記憶體選型指南

在選用非揮發性記憶體時，不能僅考量容量與單價，必須定量評估寫入等待時間對系統產生的影響。整理更新週期、電源條件與控制響應性之間的關係後，可以發現縮短等待時間將直接提升設計的自由度。

寫入等待時間是系統延遲的主因

寫入等待時間不只是記憶體的內部規格，更是影響任務排程（Task Scheduling）與通訊設計的延遲因子。若寫入時間長於控制週期，即便優化中斷設計或優先權控制，響應性的上限仍會受限。特別是在高頻率日誌或事件驅動處理中，等待時間的累積會降低整個系統的處理吞吐量（Throughput）。在設計階段將其視為「時間軸上的瓶頸（Bottleneck）」至關重要。

適合使用 FRAM 的應用情境

FRAM 在涉及頻繁數據更新的用途中能發揮最大效益。例如：週期性的感測器數值保存、電量或轉速的累計、以及每次事件發生時的狀態記錄等需要「細粒度且高頻率」寫入的設計。此外，在偵測到電源瞬斷需要即時保存的設備中，極短的等待時間能降低數據遺失的風險。憑藉其高寫入耐性，無須特殊的損耗平均處理，能使系統配置保持簡潔，這也是一大優勢。

非揮發性記憶體選型的本質觀察

記憶體選型的本質，在於理解數據保持方式與內部處理工程對「時間特性」產生的影響。EEPROM 作為成熟技術具備低成本優勢，但其抹除與高壓生成的構造限制了等待時間的下限。而 FRAM 基於極化反轉這一簡單的物理動作，實現了接近存取時間（Access Time）的寫入速度。建議根據應用的更新頻率與容許延遲，立足於原理差異進行最適選型。

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PIM（Processing-in-Memory）是什麼？

PIM的定義與背景課題

PIM（Processing-in-Memory，記憶體內運算）是一種讓記憶體本身具備運算功能，將處理器與記憶體間的資料傳輸最小化，大幅提升處理效率的技術。在傳統架構中，CPU與DRAM之間需要頻繁移動資料，這成為了效能瓶頸。特別是在AI、大數據等處理龐大資料的應用中，記憶體頻寬的限制會制約處理速度，而PIM作為解決此問題的新方法備受關注。In-memory computing（記憶體內運算）技術正是為了突破這些限制而發展。

與傳統架構的差異

在傳統的電腦架構中，運算處理由CPU或GPU負責，記憶體則負責資料的儲存與讀取。這種分離模式設計簡單且通用性高，但需要頻繁移動大量資料，導致功耗增加與延遲問題。PIM從根本上重新檢視這種結構，在記憶體內部嵌入運算功能，實現記憶體內處理（In-memory processing）。其結果是將資料移動降至最低，同時實現高處理性能。

PIM的分類與架構範例

PIM大致分為「邏輯記憶體內型（Logic-in-Memory）」和「邏輯近記憶體型（Logic-near-Memory）」兩種。前者將記憶單元與運算電路物理整合，處理效率高但設計難度較高。後者在記憶體附近配置運算電路，在保持與傳統製程相容性的同時活用PIM優勢。具體實作範例包括Samsung的HBM-PIM和UPMEM的RISC-V基礎DRAM內處理單元等。

PIM的技術特徵與優勢

透過減少資料傳輸提升性能

PIM最大的特徵是透過減少資料傳輸次數來提升處理性能。在傳統架構中，CPU與記憶體間的匯流排頻寬成為限制，大規模資料處理時處理速度會受到很大限制。在PIM中，由於運算處理在資料附近進行，可避免匯流排壅塞，降低處理延遲。這種In-memory computing方式，在AI推論、影像處理、科學技術計算等資料密集型應用中特別能發揮顯著效果。

功耗最佳化與節能效果

記憶體與CPU間的頻繁資料移動會消耗大量能源。PIM在記憶體內部或附近進行運算處理，可大幅削減此能源成本。實際上，Samsung的HBM-PIM相較於傳統處理方式，據報導實現了最高70%的功耗削減。省電特性在電池驅動的邊緣裝置和資料中心尤其重要，PIM正是符合這些需求的技術。

可擴展性與即時處理能力

PIM架構可將運算單元分散配置於眾多記憶單元中，實現高可擴展性。藉此提升大規模資料集的平行與即時處理能力。此外，由於資料物理上保留在記憶體內，快取遺失（Cache Miss）發生率降低，更容易獲得可預測的處理時間。這些特徵也適用於需要即時性的機器人技術和工業物聯網。

PIM的應用領域與相關記憶體技術

AI/機器學習領域的應用案例

PIM特別在AI與機器學習領域的應用持續進展。在這些應用中，需要在記憶體上保持大量參數與權重資料並重複進行運算，因此資料傳輸成本成為嚴重課題。透過活用PIM，可以更高速且省電地執行各種推論處理與學習演算法。Google、NVIDIA、Samsung等公司正推進活用PIM的AI加速器研發，預期未來應用將進一步擴大。

與FeRAM、ReRAM的親和性與可能性

FeRAM（鐵電記憶體）和ReRAM（電阻式記憶體）具有非揮發性、高集積性、低功耗等特點，與PIM架構的親和性很高。將FeRAM或ReRAM作為PIM的儲存媒介使用，即使在電源關閉時也能保持資料，同時能直接執行必要的處理，因此適合能源效率高的邊緣AI與物聯網用途。特別是在感測器裝置內的前處理或資料過濾等輕量處理方面，採用ReRAM基礎的In-memory computing非常有效。

主要企業與研究機構的投入

為了PIM技術的商用化，半導體業界的主要廠商與大學研究機構正積極投入。Samsung已將HBM-PIM推向量產，UPMEM提供嵌入RISC-V的DRAM基礎PIM晶片。瑞薩電子（Renesas Electronics）也正推進面向邊緣AI的PIM晶片研發，國內外的應用案例持續增加。隨著未來標準化與基礎建設的完善，預期技術將進一步普及。

總結

PIM的本質與未來展望

PIM透過記憶體與運算的融合，從根本上解決傳統運算瓶頸，是一種革新性架構。在AI、大數據、物聯網等以資料為中心的社會中，不著重於資料的「移動」而是「活用」，實現性能與效率的兼顧。In-memory computing技術的發展，今後軟體工具鏈的充實以及與既有處理器的共存策略整備將成為重要課題。

設計工程師應關注的要點

導入PIM時，需要從系統整體架構設計、配合記憶體特性的運算手法、軟體控制性等多角度考量。特別是對設計工程師而言，需要理解與傳統分離型設計的差異，進行記憶體選用與加速器配置的設計判斷。此外，與FeRAM、ReRAM等非揮發性記憶體結合的低功耗、高效率系統設計，可能成為未來的差異化要素。

與相關技術的比較與選用指南

與PIM競爭或互補的技術包括NVM運算（NVM Computing）、近記憶體運算（Near-Memory Computing）、SoC基礎AI加速器等。各技術都有擅長的領域，需要根據適當用途進行選用。例如，重視即時處理時PIM較有優勢，大規模學習用途則與GPU或TPU併用較為有效。作為設計工程師，需要看準應用需求與性能、功耗、成本的平衡進行技術選用。

RAMXEED提供的FeRAM產品列表
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本页将介绍FeRAM以外的其他非易失性存储器的工作原理。

FeRAM的工作原理请参阅以下内容。。

FeRAM的特点、原理及基本操作

1. ReRAM的工作原理

通过放置于两个电极之间的金属氧化物等绝缘体（钽、铪等金属氧化物）的电阻变化来存储信息（图1）【2】。

当在两个电极之间逐渐施加电压时，处于高阻态（HR）的绝缘体将在某个特定的电压下形成被称为“细丝”的电流通路，从而转变为低阻态（LR）。

如继续提高电压，已形成的细丝将会消失，从而处于低阻态（LR）的绝缘体将恢复到原本的高阻态（HR）。（类似于过大电流导致细丝因高温熔断，从而失去导电性的现象。）

为恢复到初始的高阻态（HR），目前主流的方法是反转电极的极性，利用细丝的氧化还原反应来实现数据的重写。

当想要读取信息时，会在两个电极上施加比写入信息时更低的电压并测量通过的电流。

因为需要施加高电压并通过大电流才能重写存储信息，所以此类存储器属于非易失性存储器。

除了此种工作原理，还有一部分ReRAM是利用电极与绝缘体之间的肖特基势垒高度变化以及氧化还原反应来产生高阻态（HR）和低阻态（LR）。

2. PCRAM的工作原理

利用放置于两个电极之间的被称为硫族化合物的绝缘体（如Ge₂Sb₂Te₅）的电阻变化来存储信息（图2）[3]。

这种绝缘体在非晶态（类似玻璃，元素无序排列状态）时处于高阻态（HR），而在晶态时处于低阻态（LR）。

通过在夹有硫族化合物的两个电极之间施加电压形成电流通路，硫族化合物将会被加热。当缓慢切断电流时，硫族化合物将结晶化；当快速切断电流并快速冷却时，硫族化合物将形成非晶态。通过这种方法来实现信息的写入。

当读取信息时,在两个电极上施加低于写入信息时的电压后测量通过的电流。只要不通足以升高温度的电流，存储的信息则不会丢失，即存储的数据具有非易失性。

除了硫族化合物，PRAM（相变随机存取存储器）也会使用将薄GeTe层和Sb2Te3层堆叠而成的超晶格结构材料。

由于PRAM利用热效应来工作，因此存在功耗较高，以及当高密度集成时相邻存储单元之间会因热影响而产生错误等问题。

3. MRAM的工作原理

将薄绝缘体（通常使用MgO）夹在两个磁体层之间，穿过绝缘体的磁体间电流（隧道电流）会随着两个磁体的相对磁化方向的变化而发生变化（隧道磁阻效应）。

MRAM是一种利用这种性质的非易失性存储器（图3）[4]。

当两个磁体的磁化方向相同时（平行状态），可以通过较大电流（低阻态：LR）；而当它们方向相反（反平行状态）时，只能通过较小电流（高阻态：HR）。

信息的写入通过改变其中一个磁体的磁化方向来实现。

主要有两种方式，一种是通过在相邻线路中通入电流产生磁场的切换式式（Toggle MRAM或简称MRAM），另一种是利用两个磁体之间电流的自旋转移矩磁方式（STT-MRAM）。

后者则是利用了电子携带的磁性（自旋）的磁化方向与通过的磁体层方向相同时更容易通过的特性。

当从下方注入电子时（如左图所示），只有自旋方向与磁铁磁化方向相同的电子才能穿过绝缘层，并使对侧磁铁的磁化方向反转为与电子自旋方向相同。这种现象被称为自旋传递转矩。

当从上方注入电子时（如右图所示），无法穿过下方磁铁的电子会将自己的自旋传递给上方磁铁，从而使上方磁铁的磁化方向发生反转，实现信息的写入。

读取信息时，通过在两个电极上施加比写入信息时更低的电压，并测量通过的电流。只要不进行重写操作，存储的信息将会保持非易失性。

一般来说MRAM在信息写入方面面临一些挑战。例如受到外部磁场的影响，导致所保存的信息被意外改写。在扭矩型MRAM中，磁化反转需要较大电流从而导致功耗过高。而在STT-MRAM中，电子自旋反转磁体磁化方向时，由于热效应的影响，磁化方向有一定概率无法成功反转。因此在信息写入时需要采取一些改进措施。

4. 闪存和EEPROM的工作原理

闪存和EEPROM是一种利用金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的栅极部分来存储电荷，从而实现非易失性存储的存储器。

目前主流的半导体晶体管是MOSFET（图7(a)），其通过在栅极部分施加电压来控制被称为沟道的部分的电阻，从而通过控制源极和漏极之间的电流来实现晶体管的功能。

此种类型的 MOSFET 中，当在栅极上施加正电压，源极和漏极之间会产生电流流动。当源极和漏极之间开始产生电流流动时的栅极电压称为“阈值电压”。

图4 (b) 和 (c) 分别为闪存以及EEPROM存储元件的示例。

在栅极电极（控制栅极）下方，通过绝缘膜设置了一个储存电荷的层（电荷储存层）。当电荷储存层中积累了电子（如图4(b)所示）时，MOSFET的阈值电压会升高，如不施加较高的栅极电压，源极和漏极之间不会通过电流。

当电荷储存层中没有电子（如图4(c)所示）时，阈值电压降低，即使在低栅极电压下，源极和漏极之间也会有电流通过。

闪存和EEPROM通过阈值电压的差异来存储信息。

通过在控制栅极与源极或漏极之间施加高电压，电子可以通过绝缘膜被积累或提取，从而实现信息的写入和修改。

只要不施加高电压积累或提取电子，存储的信息就会保持非易失性。

信息读取时在控制栅极上施加电压，并测量源极和漏极之间的电流。以此测量阈值电压是处于高状态还是低状态来读取存储的信息。

EEPROM通过将此类元件与普通的MOSFET连接，构成一个存储单元。

在闪存中，仅将存储部分的元件串联连接，采用对每组连接的存储元件进行写入或擦除的方法来实现高集成化。

以往主要记录高电阻和低电阻两种类型值，如今可以通过调整电荷存储层中电子的积累量分成多个级别，令一个存储元件可保存多种信息状态。

此外，将以往在硅晶圆平面上制造的存储元件以立体方式布置可实现更高的存储容量。

在平面结构的存储单元中电荷存储层主要采用导电材料（浮动栅极方式），而立体结构的存储单元则更多地使用绝缘膜。[1,5]

无论是闪存还是EEPROM，在进行信息重写的过程中，电子均会穿过绝缘层。如此绝缘层的绝缘性能将会下降，重写次数上限通常在10万次左右。此外，为了实现重写操作，需在电路中配备升压电路以施加较高电压，从而增加了电路的复杂性并导致功耗增加。

参考文献

[1]  C. Zhao, et al., Materials 7, pp. 5117-5145 (2014).
[2] Y. Chen,  IEEE T.  Electron Dev. 67, pp. 420 – 433 (2020).
[3] M. L. Gallo and A. Sebastian J. Phys. D53, p. 213002 (2020).
[4] S. Ikegawa et al.,　IEEE T.  Electron Dev. 67, pp.1407-1419 (2020)
[5] A. Goda, Electronics 10, p.3156 (2021).

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