New Mul(-Time Programmable Embedded NVM IP Provides SoC - - PowerPoint PPT Presentation

New ¡Mul(-­‑Time ¡Programmable ¡Embedded ¡ NVM ¡IP ¡Provides ¡SoC ¡Designers ¡New ¡ Architecture ¡Op(ons ¡

Kilopass ¡Corporate ¡Overview ¡

• Kilopass ¡founded ¡2001, ¡standard ¡CMOS ¡possible, ¡Gox ¡

breakdown ¡< ¡BVj ¡

• Conceived ¡at ¡the ¡right ¡Fme, ¡when ¡0.18um ¡came ¡to ¡market ¡

Logic ¡NVM ¡Innovator ¡

• 58 ¡patents ¡granted/pending, ¡including ¡fundamental ¡

patents ¡on ¡1T, ¡2T, ¡and ¡3.5T ¡anF-­‑fuse ¡ ¡

• 0.18um ¡to ¡40nm ¡qualified ¡and ¡in ¡producFon; ¡28HKMG ¡in ¡

development ¡

Proven ¡& ¡Patented ¡ Embedded ¡NVM ¡in ¡ CMOS ¡

• Foundry ¡agnosFc: ¡ ¡Dongbu, ¡GlobalFoundries, ¡Grace, ¡IBM, ¡

Samsung, ¡SMIC, ¡Tower, ¡TSMC, ¡UMC ¡

• 100+ ¡customers, ¡300+design ¡ins, ¡2 ¡billion ¡units ¡shipped ¡

Broadly ¡Adopted ¡

• Analog: ¡audio ¡tuners, ¡clock ¡chips, ¡PMU, ¡LED ¡lighFng ¡
• AutomoFve: ¡DSP, ¡I/O ¡connecFvity, ¡micro ¡sensor ¡systems ¡
• Mobility: ¡PA, ¡RF ¡transceiver, ¡baseband, ¡DDI, ¡CIS ¡
• Consumer: ¡media ¡& ¡app ¡processors, ¡PC ¡mulFmedia ¡

Key ¡Markets ¡

• Small ¡capacity ¡(< ¡256Kb): ¡ConfiguraFon, ¡yield ¡recovery, ¡

security ¡keys, ¡code ¡patching ¡of ¡ROM ¡

• Large ¡capacity ¡(> ¡512Kb) ¡: ¡Code ¡storage ¡

Key ¡Usages ¡

2 ¡

The ¡Problem: ¡Today’s ¡Embedded ¡MTP ¡Technologies ¡Cannot ¡Scale ¡and ¡Costly ¡ ¡

• Shortcomings ¡of ¡today’s ¡MTP ¡Technologies ¡

– Flash ¡is ¡flexible, ¡but ¡not ¡readily ¡available ¡below ¡90nm ¡and ¡economically ¡not ¡feasible ¡ for ¡many ¡consumer ¡and ¡mobile ¡applicaFons ¡ ¡ – Logic ¡NVM ¡MTP ¡have ¡small ¡bit ¡count ¡and ¡big ¡footprint, ¡not ¡economical ¡in ¡advance ¡ nodes ¡or ¡not ¡available ¡ – Itera ¡strikes ¡balance ¡with ¡small ¡foot ¡print, ¡enough ¡endurance ¡for ¡50% ¡of ¡the ¡ consumer ¡and ¡mobile ¡applicaFons, ¡and ¡process ¡scalable ¡

eFlash ¡ Logic ¡NVM ¡MTP ¡ Itera ¡ Technology ¡ FloaFng ¡gate ¡ FloaFng ¡gate ¡ Oxide ¡Breakdown ¡ Scalability ¡ No, ¡up ¡to ¡90nm ¡ Kind ¡of, ¡up ¡to ¡ 130nm, ¡stretch ¡to ¡ 65nm ¡ Yes, ¡28nm ¡and ¡below ¡ Endurance ¡(MTP) ¡ Up ¡to ¡100K ¡ 10-­‑10K ¡ Up ¡to ¡1K ¡ AddiFonal ¡Step ¡ 10-­‑15 ¡ 0, ¡ ¡ UV, ¡Bake ¡ 0 ¡ Wafer ¡Adder ¡ ¡ 25% ¡-­‑ ¡40% ¡ 5% ¡ 0% ¡ Bit ¡Count ¡ 32b-­‑8Mb ¡ 128b ¡– ¡8Kb ¡ 32b ¡-­‑ ¡1Mb ¡ Access ¡Time ¡(ns) ¡ 40-­‑50ns ¡ 70ns ¡ 20ns ¡ 8Kb ¡Area ¡@ ¡40nm ¡ n/a ¡ n/a ¡ ¡ 0.6mm^2 ¡

3 ¡

OTP ¡NVM ¡on ¡Standard ¡CMOS ¡Easily ¡Scales ¡

4 ¡

Code Storage for MPU, DSP, FPGA, & SOC ($100M)

Evolution of Antifuse Technology from OTP to MTP

1 180nm 40nm 90nm 20nm 1000 100 Security ID/ Configuration SOC Yield/Trimming/Configuration Analog/MS Chips Code Storage

Timing Counter/ Yield/ Security/Program Code/Boot Code

Endurance

Bitcell ¡Area ¡ (Normalized) ¡

1 ¡ 0.35 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.04 ¡

5 ¡

Itera ¡Ideal ¡for ¡High ¡Volume ¡Consumer ¡and ¡Mobile ¡Complex ¡SOCs ¡

Applica(on ¡ Usage ¡ Endurance ¡ Total ¡Market ¡Size ¡ (2014) ¡ Consumer: ¡ApplicaFon ¡Processor, ¡Media ¡ Processor, ¡Image ¡signal ¡processor ¡ Counters, ¡Time ¡ Stamps, ¡Code ¡ Storage, ¡Security ¡ Keys ¡ <100 ¡cycles ¡ 1B ¡units ¡ Mobile ¡ApplicaFon ¡Processor ¡(GPS, ¡ Tablets, ¡Netbooks, ¡MID) ¡ Security ¡Keys, ¡ Counters, ¡Code ¡ Storage ¡ 10-­‑100 ¡cycles ¡ 300M ¡units ¡ WLAN ¡ ¡SOC; ¡MFR ¡(mulF ¡funcFon ¡radio, ¡ combined ¡several ¡wireless ¡standards) ¡ Prototyping, ¡ Trimming, ¡ CalibraFon, ¡Code ¡ Storage ¡ 10-­‑100 ¡cycles ¡ 3B ¡units ¡ Imaging ¡(image ¡sensors, ¡ ¡touch ¡screen ¡ctl, ¡ printer ¡controllers) ¡ Time ¡Stamp, ¡ Trimming, ¡ ¡Code ¡ Storage ¡ 10-­‑1000 ¡cycles ¡ 1B ¡units ¡

• Patchable ¡Program ¡Storage ¡– ¡microcode ¡updates ¡
• Counters ¡– ¡how ¡many ¡Fmes ¡a ¡device ¡was ¡powered ¡up ¡or ¡BIOS ¡updated ¡
• Time ¡Stamps ¡– ¡when ¡was ¡the ¡oil ¡last ¡changed ¡
• Trimming ¡– ¡AdjusFng ¡to ¡environment, ¡age, ¡etc ¡
• Security ¡keys ¡– ¡revocaFon ¡of ¡access ¡

6 ¡

• Customers ¡commonly ¡ask ¡for ¡higher ¡endurance ¡capabiliFes ¡than ¡
• needed. ¡For ¡example: ¡

– PC ¡128Gbyte ¡solid ¡state ¡drive ¡with ¡a ¡1 ¡million ¡endurance ¡cycles ¡and ¡a ¡ maximum ¡write ¡speed ¡of ¡80M ¡bytes ¡/ ¡sec. ¡gives ¡the ¡endurance ¡life ¡50 ¡years ¡ – Take ¡100 ¡images ¡(12Mbyte ¡each) ¡per ¡day ¡using ¡a ¡1G ¡flash ¡card ¡(100,000 ¡ write ¡endurance) ¡flash ¡card ¡in ¡a ¡camera ¡gives ¡~ ¡200 ¡years ¡

• The ¡quesFon ¡needs ¡to ¡be ¡asked ¡“What ¡level ¡of ¡endurance ¡does ¡

them ¡applicaFon ¡really ¡need?” ¡

– How ¡many ¡Fmes ¡will ¡the ¡device ¡is ¡actually ¡need ¡to ¡be ¡recalibrated? ¡ – Does ¡the ¡firmware ¡really ¡need ¡to ¡be ¡updated ¡10,000 ¡Fmes? ¡ – Is ¡the ¡ability ¡to ¡change ¡the ¡password ¡(or ¡fingerprint) ¡100,000 ¡a ¡reasonable ¡ requirement? ¡

How ¡Many ¡Erase ¡Cycles ¡are ¡actually ¡needed? ¡

7 ¡

Example ¡1: ¡Counter ¡Architecture ¡(counts ¡to ¡n*m) ¡

8 ¡

Example ¡2: ¡Redundant ¡Array ¡Algorithm ¡

9 ¡

Example ¡3: ¡Redundant ¡Sector ¡Mapping ¡Algorithm ¡ ¡ ¡

10 ¡

• The ¡same ¡reason ¡that ¡you ¡buy ¡IP ¡for ¡lots ¡of ¡other ¡blocks. ¡

Beser ¡to ¡focus ¡your ¡resources ¡on ¡your ¡experFse ¡and ¡let ¡ the ¡experts ¡in ¡the ¡IP ¡fields ¡build ¡the ¡other ¡blocks. ¡

• Standard ¡blocks ¡are ¡more ¡portable. ¡
• Fully ¡qualified ¡IP. ¡ ¡

Why ¡Kilopass ¡can ¡implement ¡a ¡MTP ¡solu(on ¡be[er ¡

11 ¡

System ¡Bus ¡

Peripheral ¡ Bridge ¡

Peripheral ¡A ¡

Peripheral ¡B ¡

OCP ¡Bridge ¡

Itera ¡

Where ¡Does ¡Itera ¡Fit ¡in ¡The ¡System? ¡

12 ¡

Interface ¡Signals ¡

!"#$%

&'(($ &)%"% &'(($*+%,# *)%"% &-.( *-.(',,#+" */#0+

• 12

!"#$%$&"'()*++($,- %"./"'&(0%*+(-$&$

• 1%$'"2

3*,4+$#( 155(-$&$(6*)7

• 8"$-
• 13 ¡

NVM ¡ Flash ¡

SoC ¡ XIP: ¡Execute ¡in ¡Place ¡

• Data ¡rate ¡limited ¡by ¡

I/O ¡pin ¡count ¡

• Data ¡rate ¡up ¡to ¡320Mb/s ¡with ¡

quad ¡I/O, ¡but ¡typically ¡66Mb/s ¡ for ¡typical ¡SPI ¡interface ¡

• 40 ¡cycles ¡before ¡first ¡byte ¡of ¡data ¡
• ¡Data ¡rate ¡not ¡limited ¡by ¡I/O ¡
• ¡Data ¡rate ¡up ¡to ¡1600Mb/s ¡
• ¡Minimal ¡data ¡latency; ¡2 ¡cycles ¡
• ¡Saving ¡on ¡power ¡and ¡area ¡

SoC ¡

14 ¡

Interface ¡Timing ¡

15 ¡

The ¡Solu(on: ¡Itera ¡– ¡Features ¡and ¡Benefits ¡

• Applica(on ¡

– Broadens ¡NVM ¡storage ¡capacity ¡from ¡ OTP ¡to ¡MTP ¡with ¡up ¡to ¡1K ¡cycles ¡of ¡ endurance ¡ – Target ¡SOCs ¡include ¡MFR, ¡CIS, ¡media ¡ processors, ¡applicaFon ¡processors, ¡ baseband ¡ – Usages ¡include ¡Fme ¡stamp, ¡counters, ¡ code ¡storage, ¡trimming, ¡key, ¡etc… ¡

• Performance ¡

– Demonstrated ¡write ¡cycles ¡endurance ¡up ¡ to ¡1K ¡cycles ¡at ¡high ¡temp ¡; ¡proven ¡quality ¡ and ¡reliability ¡ – Enables ¡XIP ¡with ¡24X ¡higher ¡data ¡rate ¡ than ¡serial ¡SPI ¡EEPROM ¡and ¡Flash ¡

• Power ¡

– Low ¡standby ¡power ¡and ¡acFve ¡power ¡for ¡ mobile ¡applicaFons ¡ – Plus, ¡faster ¡wake ¡up, ¡become ¡acFve ¡with ¡ embedded ¡ ¡

• Cost ¡ ¡

– Reduces ¡overall ¡BOM ¡by ¡replacing ¡sFlash ¡

• r ¡sEEPROM ¡

– Up ¡to ¡70% ¡savings ¡over ¡serial ¡EEPROM ¡ and ¡Flash ¡ – Standard ¡OCP ¡interface ¡to ¡simplify ¡ integraFon ¡ ¡ – BIST ¡to ¡simplify ¡manufacturing ¡test ¡

• Flexibility ¡and ¡Security ¡of ¡Supply ¡

– Available ¡iniFally ¡at ¡40nm ¡in ¡all ¡major ¡ ¡ pure ¡play ¡foundries: ¡TSMC, ¡GF, ¡and ¡UMC ¡ – Manufactured ¡in ¡standard ¡logic ¡CMOS; ¡ no ¡extra ¡mask ¡steps ¡or ¡costs ¡

16 ¡

Measurable ¡Benefits ¡of ¡Itera ¡

Image ¡ Sensor ¡ ADC ¡ Forma_ng ¡ and ¡Encoding ¡ Image ¡Signal ¡ Processor ¡

sEEPROM ¡

• Reduce ¡Form ¡Factor ¡
• Save ¡BOM ¡cost ¡
• Replace ¡$2B ¡sFlash/

EEPROM ¡ Image ¡ Sensor ¡ ADC ¡ Forma_ng ¡ and ¡Encoding ¡ Image ¡Signal ¡ Processor ¡ MTP ¡ Benefits ¡ Customer ¡Parameters ¡ Result ¡

Cost ¡savings ¡from ¡ EEPROM/S-­‑Flash ¡

• 1. 64Kb ¡of ¡external ¡EEPROM ¡($0.29/chip, ¡plus ¡~ ¡

$0.05 ¡in ¡system ¡overhead) ¡= ¡$0.34/chip ¡in ¡ BOM ¡cost. ¡

• 2. Average ¡$3,500/wafer ¡cost ¡over ¡3 ¡years ¡of ¡

product ¡life ¡

• 3. 10M ¡chips ¡per ¡year ¡in ¡producFon ¡volume ¡
• 1. Savings ¡of ¡$6.3M ¡/year ¡($10.2M ¡
• vs. ¡$3.9M) ¡
• 2. Reduces ¡board ¡form ¡factor ¡
• 3. 8X ¡higher ¡performance ¡than ¡

discrete ¡Flash ¡

17 ¡

• Shrinking ¡Process ¡Feature ¡Size ¡Increase ¡Embedded ¡NVM ¡Use ¡
• Embedded ¡MTP ¡Offers ¡Alterna(ve ¡to ¡Off-­‑Chip ¡EEPROM ¡and ¡Flash ¡
• Cost ¡and ¡Performance ¡Driving ¡Increased ¡Embedded ¡MTP ¡Use ¡
• Itera ¡1K ¡Cycle ¡MTP ¡Capability ¡Offers ¡A[rac(ve ¡Solu(on ¡ ¡

Conclusion ¡

18 ¡