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 ¡ Logic ¡NVM ¡Innovator ¡ breakdown ¡< ¡BVj ¡ • Conceived ¡at ¡the ¡right ¡Fme, ¡when ¡0.18um ¡came ¡to ¡market ¡ Proven ¡& ¡Patented ¡ • 58 ¡patents ¡granted/pending, ¡including ¡fundamental ¡ patents ¡on ¡1T, ¡2T, ¡and ¡3.5T ¡anF-­‑fuse ¡ ¡ Embedded ¡NVM ¡in ¡ • 0.18um ¡to ¡40nm ¡qualified ¡and ¡in ¡producFon; ¡28HKMG ¡in ¡ CMOS ¡ development ¡ • Foundry ¡agnosFc: ¡ ¡Dongbu, ¡GlobalFoundries, ¡Grace, ¡IBM, ¡ Broadly ¡Adopted ¡ Samsung, ¡SMIC, ¡Tower, ¡TSMC, ¡UMC ¡ • 100+ ¡customers, ¡300+design ¡ins, ¡2 ¡billion ¡units ¡shipped ¡ • Analog: ¡audio ¡tuners, ¡clock ¡chips, ¡PMU, ¡LED ¡lighFng ¡ • AutomoFve: ¡DSP, ¡I/O ¡connecFvity, ¡micro ¡sensor ¡systems ¡ Key ¡Markets ¡ • Mobility: ¡PA, ¡RF ¡transceiver, ¡baseband, ¡DDI, ¡CIS ¡ • Consumer: ¡media ¡& ¡app ¡processors, ¡PC ¡mulFmedia ¡ • Small ¡capacity ¡(< ¡256Kb): ¡ConfiguraFon, ¡yield ¡recovery, ¡ Key ¡Usages ¡ security ¡keys, ¡code ¡patching ¡of ¡ROM ¡ • Large ¡capacity ¡(> ¡512Kb) ¡: ¡Code ¡storage ¡ 2 ¡

The ¡Problem: ¡Today’s ¡Embedded ¡MTP ¡Technologies ¡Cannot ¡Scale ¡and ¡Costly ¡ ¡ eFlash ¡ Logic ¡NVM ¡MTP ¡ Itera ¡ Technology ¡ FloaFng ¡gate ¡ FloaFng ¡gate ¡ Oxide ¡Breakdown ¡ Kind ¡of, ¡up ¡to ¡ Scalability ¡ No, ¡up ¡to ¡90nm ¡ Yes, ¡28nm ¡and ¡below ¡ 130nm, ¡stretch ¡to ¡ 65nm ¡ Endurance ¡(MTP) ¡ Up ¡to ¡100K ¡ 10-­‑10K ¡ Up ¡to ¡1K ¡ 0, ¡ ¡ AddiFonal ¡Step ¡ 10-­‑15 ¡ 0 ¡ UV, ¡Bake ¡ 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 ¡ 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 ¡ 3 ¡

OTP ¡NVM ¡on ¡Standard ¡CMOS ¡Easily ¡Scales ¡ 4 ¡

Evolution of Antifuse Technology from OTP to MTP 1000 Timing Counter/ Yield/ Security/Program Code/Boot Code Endurance 100 1 Code Storage for MPU, DSP, FPGA, & SOC Code Storage ($100M) Security ID/ Yield/Trimming/Configuration Configuration Analog/MS Chips SOC 40nm 20nm 180nm 90nm Bitcell ¡Area ¡ 1 ¡ 0.35 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.15 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.04 ¡ (Normalized) ¡ 5 ¡

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

How ¡Many ¡Erase ¡Cycles ¡are ¡actually ¡needed? ¡ 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? ¡ 7 ¡

Example ¡1: ¡Counter ¡Architecture ¡(counts ¡to ¡n*m) ¡ 8 ¡

Example ¡2: ¡Redundant ¡Array ¡Algorithm ¡ 9 ¡

Example ¡3: ¡Redundant ¡Sector ¡Mapping ¡Algorithm ¡ ¡ ¡ 10 ¡

Why ¡Kilopass ¡can ¡implement ¡a ¡MTP ¡solu(on ¡be[er ¡ • 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. ¡ ¡ 11 ¡

Where ¡Does ¡Itera ¡Fit ¡in ¡The ¡System? ¡ System ¡Bus ¡ Peripheral ¡ OCP ¡Bridge ¡ Bridge ¡ Itera ¡ Peripheral ¡B ¡ Peripheral ¡A ¡ 12 ¡

Interface ¡Signals ¡ &'(($ *)%"% &)%"% 8"$- ����� !"#$% &-.( *-.(',,#+" ��������� 1%$'"2 3*,4+$#( !"#$%$&"'()*++($,- 155(-$&$(6*)7 %"./"'&(0%*+(-$&$ �������������� ��������� ���������� &'(($*+%,# */#0+ -12 13 ¡

XIP: ¡Execute ¡in ¡Place ¡ SoC ¡ SoC ¡ Flash ¡ NVM ¡ • Data ¡rate ¡limited ¡by ¡ • ¡Data ¡rate ¡not ¡limited ¡by ¡I/O ¡ I/O ¡pin ¡count ¡ • ¡Data ¡rate ¡up ¡to ¡1600Mb/s ¡ • Data ¡rate ¡up ¡to ¡320Mb/s ¡with ¡ quad ¡I/O, ¡but ¡typically ¡66Mb/s ¡ • ¡Minimal ¡data ¡latency; ¡2 ¡cycles ¡ for ¡typical ¡SPI ¡interface ¡ • ¡Saving ¡on ¡power ¡and ¡area ¡ • 40 ¡cycles ¡before ¡first ¡byte ¡of ¡data ¡ 14 ¡

Interface ¡Timing ¡ 15 ¡