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智能物聯網的存儲器設計與實現

為了解決安全性金鑰usb製作的問題，作者[美]貝蒂•普林斯 這樣論述：

本書涵蓋了一系列先進的物聯網嵌入式記憶體實現，闡述了用於物聯網設備的超低功耗記憶體，講述了用於醫療電子等特殊應用的塑膠電路和聚合物電路；探討了具有嵌入式記憶體的微控制器，用於多種互聯網設備的智慧控制；詳述了用鐵電RAM（FeRAM）、電阻式RAM（RRAM）和磁阻式RAM（MRAM）技術製作神經形態記憶體，用於收集、處理和表示物聯網硬體生成的大量資料。   本書還特別介紹了與互補金屬氧化物半導體（CMOS）相容的記憶體技術，包括嵌入式浮柵和電荷捕獲EEPROM/快閃記憶體以及FeRAM、FeFET、MRAM和RRAM。 貝蒂·普林斯（Betty Prince），博士，在半導體

行業有超過30年的經驗，曾與德州儀器、飛利浦、摩托羅拉、R.C.A和Fairchild公司合作。她目前是美國德克薩斯州萊安德的國際記憶體戰略公司的的首席執行官。她擁有記憶體、處理器和介面設計方面的專利。 大衛·普林斯（David Prince），在過去18年一直致力於為美國德克薩斯州萊安德的國際記憶體戰略公司編寫記憶體報告。他擁有德克薩斯大學的電腦科學、物理和天文學學位。 譯者序 前言 第1章　智慧城市—智慧物聯網的原型 1 1.1　概述 1 1.2　智慧城市 1 1.3　智慧商務—智慧城市的要素 2 1.3.1　智慧庫存控制 2 1.3.2　智能配送 3 1.3.3

　利用人工智慧進行智慧行銷 3 1.4　智能住宅 3 1.5　人—智慧互聯家居的中心 4 1.5.1　可穿戴電子產品 4 1.5.2　控制電子設備 5 1.6　智慧個人交通 5 1.6.1　智能汽車概述 5 1.6.2　駕駛輔助系統 5 1.6.3　發動機處理器 6 1.6.4　車身處理器 7 1.6.5　資訊娛樂處理器 7 1.6.6　自動駕駛汽車 7 1.7　智能交通網絡 7 1.7.1　智慧公共運輸網路 7 1.7.2　個人汽車交通管理 8 1.7.3　智慧高速公路 8 1.8　智慧能源網路 9 1.8.1　智慧電錶 9 1.8.2　智能電網 9 1.9　智能互聯樓宇 10 1.9.1　

智能辦公樓 10 1.9.2　智慧工廠 11 1.9.3　智能醫院 11 1.9.4　智能公共建築 12 1.10　想法 1 參考文獻 12 第2章　智慧物聯網存儲器應用 14 2.1　簡介 14 2.2　各種非易失性嵌入式存儲器特性的比較 15 2.2.1　嵌入式EEPROM、快閃存儲器和熔絲器件 15 2.2.2　嵌入式新興存儲器在MCU中的應用 16 2.2.3　嵌入式非易失性存儲器在各種應用中的必要屬性 17 2.3　支援能量採集、具有嵌入式存儲器的超低功耗MCU電路 19 2.3.1　採用能量採集的超低功耗MCU簡介 19 2.3.2　支援能量採集、具有嵌入式快閃存儲器的超低功耗M

CU 20 2.3.3　支援能量採集、具有嵌入式FeRAM存儲器的超低功耗MCU 20 2.3.4　支援能量採集、具有嵌入式RRAM存儲器的超低功耗MCU 21 2.3.5　支援能量採集電源管理的超低功耗MCU 22 2.4　超低功耗電池供電的快閃存儲器MCU 22 2.4.1　超低功耗電池供電的快閃存儲器MCU簡介 22 2.4.2　具有嵌入式快閃存儲器的超低功耗電池供電的快閃存儲器MCU 23 2.4.3　具有嵌入式RRAM的超低功耗電池供電MCU 23 2.4.4　具有嵌入式FeRAM的超低功耗電池供電MCU 24 2.5　使用新興存儲器實現非易失性邏輯的非易失性MCU 26 2.5.1

　使用FeRAM的非易失性邏輯陣列 26 2.5.2　使用MTJ MRAM的非易失性邏輯陣列 28 2.5.3　用於非易失性邏輯陣列的RRAM處理器 30 2.6　存儲器感測器標籤的通信協議 34 2.6.1　射頻識別標籤 34 2.6.2　近場通信 34 2.6.3　基於藍牙的信標和感測器節點 36 2.6.4　具有Wi-Fi的物聯網設備 38 2.6.5　具有USB連接功能的物聯網設備 39 2.6.6　單線連接 40 2.6.7　ZigBee介面 40 2.6.8　ANT介面 40 2.7　可穿戴醫療設備 40 2.7.1　可穿戴醫療設備概述 40 2.7.2　使用FeRAM存儲器的微型

助聽器 41 2.7.3　使用CB-RAM存儲器的人體感測器節點平臺 41 2.7.4　以存儲為主使用MRAM的醫療保健系統 42 2.7.5　具有NFC和嵌入式eFeRAM存儲器的可穿戴生物監測 42 2.7.6　使用FeRAM並配備ECG處理器的可穿戴醫療保健系統 43 2.8　低功耗電池供電的醫療設備和系統 45 2.8.1　低功耗電池供電醫療設備概述 45 2.8.2　使用eFlash的低功耗電池供電醫療設備 45 2.8.3　使用嵌入式新興存儲器的低功耗電池供電醫療設備 48 2.8.4　醫療系統的安全性 49 2.9　汽車網路應用 50 2.9.1　汽車應用概述 50 2.9.2　

早期的高級汽車駕駛員輔助系統 52 2.9.3　最近的高級駕駛員輔助系統 54 2.9.4　汽車導航和定位 54 2.9.5　發動機蓋下的應用 55 2.9.6　用於發動機蓋下應用的MONOS存儲器 56 2.9.7　汽車資訊娛樂系統 57 2.9.8　安全汽車 57 2.9.9　汽車車身處理器 58 2.10　智慧電網和數碼智慧電錶 58 2.10.1　智慧電錶市場概述 58 2.10.2　具有嵌入式快閃存儲器的智慧電錶晶片 58 2.10.3　具有大容量嵌入式快閃存儲器的智慧電錶晶片 58 2.11　消費者家庭系統和網路 61 2.11.1　遠程控制 61 2.11.2　環境感測器 62

2.11.3　家用網路系統 62 2.12　具有嵌入式存儲器的電機控制晶片 6 2.12.1　使用嵌入式存儲器的小型系統電機控制 62 2.12.2　使用嵌入式MONOS存儲器的多電機控制 63 2.12.3　使用嵌入式NV FeRAM的電機控制 63 2.13　高級應用中的智慧晶片卡 63 2.14　用於物聯網的大資料伺服器中 存儲器的層次結構分析 64 參考文獻 66 第3章　用於智能物聯網的嵌入式快閃存儲器和EEPROM 73 3.1　智能物聯網eFlash和eEEPROM簡介 73 3.1.1　智能物聯網eFlash和eEEPROM 73 3.1.2　物聯網中嵌入式快閃存儲器的應用需

求 74 3.2　用於物聯網的單層多晶矽浮柵eFlash/EEPROM單元 75 3.2.1　物聯網應用中的單層多晶矽浮柵eFlash/EEPROM概述 75 3.2.2　早期的單層多晶矽浮柵EEPROM 75 3.2.3　用於特殊應用的單層多晶矽EEPROM單元 79 3.2.4　多次可程式設計單層多晶矽嵌入式非易失性存儲器 81 3.2.5　最近的單層多晶矽全CMOS嵌入式EEPROM器件 85 3.2.6　高壓CMOS中的單層多晶矽eNVM 8 3.3　使用多個單層多晶矽CMOS邏輯電晶體的嵌入式快閃存儲器單元 88 3.4　浮柵嵌入式快閃存儲器的分柵技術 92 3.4.1　早期的分柵嵌

入式快閃存儲器浮柵技術 92 3.4.2　分柵存儲器的發佈、外設和特定應用的浮柵分柵存儲器 96 3.4.3　小於50nm的先進分柵浮柵技術 102 3.5　堆疊快閃存儲器和處理器TSV集成 104 3.6　OTP/MTP嵌入式Flash單元和熔絲 104 3.7　具有堆疊柵極結構的雙層多晶矽快閃存儲器 106 3.8　電荷捕獲嵌入式快閃存儲器 109 3.8.1　早期的嵌入式電荷捕獲存儲器概述 109 3.8.2　嵌入式40nm電荷捕獲（MONOS）快閃存儲器MCU 111 3.8.3　嵌入式28nm電荷捕獲（MONOS）快閃存儲器MCU 113 3.8.4　嵌入式應用的專用1T-MONOS

快閃存儲器宏 115 3.8.5　FinFET SG-MONOS 116 3.8.6　嵌入式電荷捕獲（SONOS）NOR快閃存儲器 117 3.8.7　高壓CMOS中的嵌入式2TSONOS NVM 119 3.8.8　自對準氮化邏輯NVM 120 3.8.9　p溝道SONOS嵌入式快閃存儲器 121 3.8.10　低能耗應用中的電荷捕獲嵌入式快閃存儲器 122 3.8.11　DT BE-SONOS性能的阻擋氧化物和隧道氧化物 122 3.8.12　新型嵌入式電荷捕獲存儲器 123 3.9　分柵CT eFlash納米晶體存儲 127 3.10　新型嵌入式快閃存儲器 129 參考文獻 130

第4章　薄膜聚合物和柔性存儲器 136 4.1　概述 136 4.2　有機鐵電存儲器 136 4.2.1　有機鐵電存儲器的特性和特點 136 4.2.2　可印刷鐵電嵌入式存儲器 140 4.2.3　薄膜鐵電存儲器的物聯網應用 144 4.3　聚合物鐵電隧道結 145 4.4　具有柔性基板的聚合物電阻式RAM的類型和特性 146 4.4.1　具有柔性基板的聚合物電阻式RAM概述 146 4.4.2　基於聚對二甲苯-C的電阻式RAM 146 4.4.3　Cu原子開關 147 4.4.4　柔性基板上的無機薄膜電阻式RAM 150 4.4.5　IZO和IGZO電阻式RAM存儲器 152 4.4.6　具

有柔性基板的其他聚合物電阻式RAM 153 4.5　柔性基片上的電荷捕獲納米粒子（NP）存儲器 159 4.5.1　柔性基片上的電荷捕獲NP存儲器概述 159 4.5.2　具有柔性襯底的碳納米管電荷捕獲存儲器 159 4.5.3　噴墨印刷納米粒子存儲器 160 4.5.4　柔性基板上的其他納米粒子電荷捕獲存儲器 161 4.6　將常規存儲器晶片轉移到柔性基板上 163 4.6.1　使用SOI基片轉移矽片 164 4.6.2　使用底層空腔創建薄晶片 165 4.6.3　用於在柔性基板上組裝矽晶片的扇出型晶圓級封裝 166 參考文獻 170 第5章　使用新興NV存儲器件的神經形態計算 175 5

.1　神經形態系統中電阻式RAM和鐵電RAM的概述 175 5.2　各種電阻式RAM用作神經形態系統中的突觸 175 5.2.1　金屬氧化物電阻式RAM作為突觸 175 5.2.2　導電橋RRAM作為突觸 178 5.2.3　相變存儲器作為突觸 179 5.2.4　PCMO RRAM作為突觸 179 5.2.5　可同時增強和抑制的RRAM 180 5.2.6　其他具有模擬特性的非易失性存儲器 181 5.3　3D神經形態存儲器 182 5.3.1　作為密集TSV 3D結構的神經形態架構 182 5.3.2　3D垂直RRAM作為連接神經元的突觸 182 5.4　RRAM作為突觸器件的建模和表徵

186 5.5　脈衝神經網路、STDP、增強和抑制 187 5.5.1　脈衝神經網路簡介 187 5.5.2　混合RRAM/CMOS STDP神經形態系統 187 5.5.3　記憶突觸和神經元系統 191 5.5.4　新型RRAM突觸的應用 193 5.6　使用鐵電RAM技術的神經網路系統 195 5.6.1　使用鐵電存儲器突觸的神經網路電路 195 5.6.2　在神經網路電路中使用FeMEM 196 5.6.3　神經形態電路中的鐵電隧道結 197 5.7　使用相變存儲器的早期神經形態電腦 198 5.8　神經形態系統設計和應用中的電阻式RAM 201 5.8.1　用於神經形態計算的突觸器件的

設計 201 5.8.2　在各種神經形態計算應用中使用RRAM 202 5.8.3　用於神經形態計算的大型RRAM陣列設計 202 5.8.4　RRAM相對於SRAM交叉陣列在矩陣乘法中的優勢 204 5.9　使用聚合物和柔性存儲器的神經形態存儲器 204 參考文獻 207 第6章　大資料搜尋引擎和深度電腦 210 6.1　大資料搜尋引擎和深度電腦概述 210 6.2　使用各種新興非易失性存儲器製作的內容可定址存儲器 210 6.2.1　使用電阻式RAM的三元CAM 211 6.2.2　使用磁存儲器製作的CAM 212 6.2.3　使用其他新興存儲器的CAM 214 6.3　大型搜尋引擎和人

工神經網路的構成 214 6.3.1　使用RRAM的大型搜尋引擎的查閱資料表 214 6.3.2　使用STT MRAM的大型人工神經網路 216 6.4　深度學習系統中的存儲器問題 218 6.4.1　SRAM和RRAM突觸陣列的分區問題 218 6.4.2　極限學習機架構的RRAM可變性問題 220 6.4.3　受限玻耳茲曼機中RRAM存儲器的問題 220 6.4.4　使用存儲器突觸的大型神經網路 222 6.5　物聯網的深度神經網路 225 6.5.1　物聯網深層神經網路的類型 225 6.5.2　含雜訊資料的深度神經網路 226 6.5.3　用於語音和視覺識別的深度神經網路 227 6.

5.4　其他應用的深度神經網路 231 參考文獻 232 第7章　物聯網安全問題中的存儲器 234 7.1　物聯網安全問題中的存儲器簡介 234 7.2　用作物理不可克隆功能的存儲器 234 7.2.1　RRAM用於物理不可克隆功能 235 7.2.2　用作物理不可克隆功能的MRAM 241 7.2.3　用作物理不可克隆功能的快閃存儲器 244 7.2.4　用作物理不可克隆功能的其他存儲器 244 7.3　基於片上存儲器的安全系統 245 7.3.1　片上安全系統簡介 245 7.3.2　物理安全金鑰和TAG的存儲 245 7.3.3　安全系統中的人臉和特徵檢測 247 7.3.4　嵌入式系

統的安全性 248 參考文獻 248