Udbredelsen af wearables fra fitness trackere og smart watches til medicinske sensorer og AR/VR-headsets har givet sine helt egne hardwaremæssige udfordringer. Memory-systemer står især over for et intenst pres i forhold til energieffektivitet, kompakt design, holdbarhed og høj ydelse. Det kræver innovative løsninger, der er designet specifikt til den kompleksitet, som ligger til grund for moderne wearables
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 7 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Lancelot Hu, produktchef, Silicon Motion
Wearables adskiller sig betydeligt fra traditionelle mobile produkter gennem deres kompakte formfaktor og ”always-on”-funktion. Det er parametre, der kræver memory-løsninger, som er ekstremt små, men alligevel højeffektive. Det er typisk meget små batterier, der forsyner wearables, så energieffektive memories er kritiske designprioriteter, som kan garantere en hel dags drift – eller længere …
Always-on-egenskaber stiller sine egne krav til memoryen. Memory-komponenterne skal kontinuert opsamle og behandle data lige fra fitness-målinger, hjerterytmemonitering, eller AR/VR-interaktion, så forhold som lav latency, høj endurance og real-time drift er af afgørende betydning.
Wearables skal også kunne fungere i udfordrende miljøer. Varme, fugt og kraftige bevægelser kræver robuste og holdbare memory-systemer. Desuden er mange af de opsamlede data af dyb personlig karakter, og derfor er integrerede sikkerhedsfunktioner nødvendige for at forhindre datatyveri og sikre brugeren privatlivets fred.
Power constraints i wearable memories
Wearables arbejder med meget stramme energibudgetter, så memory-effektivitet er afgørende for en lang batterilevetid – uden at miste ydelse. Moderne memory-teknologier som embedded MultiMediaCard (eMMC) og Universal Flash Storage (UFS) løser de udfordringer gennem indbyggede funktioner som deep sleep-tilstande, dynamisk spændingsskalering og idle-power statusoptimeringer.
High-speed memories forbedrer brugeroplevelsen, men kan udtømme forsyningsressourcerne. Designere skal derfor balancere hastighed mod energieffektivitet, så en peak-ydelse ikke medfører en hurtig dræning af batteriet. Low-power memory-løsninger inklusive Low-Power Double Data-Rate (LPDDR) DRAM, bruges bredt for at minimere varmegenerering og optimere energiudnyttelsen.
Termisk management er tilsvarende vigtigt. Varme genereret af ineffektive memory-komponenter kan udpine batteriydelsen over tid. Avancerede kapslingsmaterialer og low-power designs hjælper til at imødegå disse udfordringer, så man opretholder pålideligheden under krævende forhold.
Navigation rundt i begrænset plads og ydelsesoptimering
Multichip-pakninger (MCP), der kombinerer memory- og firmware-egenskaber er en praktisk løsning, der sparer plads på printet og samtidig forenkler apparatdesignet. 3D-pakninger med stacking af memory-dies vertikalt giver adgang til en højere memory-tæthed uden at øge komponenternes footprints. Det er en tilgang, hvor man i wearables kan integrere flere avancerede funktioner uden at gå på kompromis med et slankt design.
Mindre løsninger giver dog deres egne udfordringer som lokal varmeopbygning. For at forhindre dette bør man kigge på low-power memory-arkitekturer og varmeledende materialer med termisk ledeevne, så de aktive komponenter forbliver kølige og effektive selv under intensiv brug.
Wearables skal ofte håndtere forskellige, dataintensive opgaver som real-time helbredsmonitering, fitness tracking og multimedia streaming. Spirende applikationer som AI-styret forebyggende helbredsanalyse kræver high-speed memory-systemer med lav latency for at levere en sømløs ydelse.
Balancering af hastighed, kapacitet og effektivitet kræver som regel trade-offs. High-speed memories forbruger mere energi, og større memory-moduler kan gøre kompakte designs vanskelige at realisere. Som designer skal man derfor afveje de ydelsesmæssige fordele mod faktorer som pris og fysiske constraints for at optimere komponentfunktionerne.
I medicoapplikationer tæller datapræcision og pålidelighed ofte højere end hastigheden. Derimod vil wearables til forbrugermarkedet typisk gå mod lavere forbrug og priser for at give adgang til bredere markeder.
Skræddersyede memory-teknologier
Forskellige memory-typer opfylder lige så forskellige krav i wearables:
● LPDDR DRAM: High-speed, low-power memory er ideel til regneintensive opgaver.
● eMMC og UFS: Kompakte, pålidelige memory-løsninger, der meget effektivt balancerer ydelse mod størrelse.
● NOR-flash: Hurtig adgang memory-type med lavt forbrug til firmware-lagring og hyppige read-operationer.
Hver teknologi har sine egne trade-offs. For eksempel giver LPDDR DRAM en fremragende ydelse, men til en højere pris, mens eMMC og UFS giver et godt mix af effektivitet og holdbarhed. NOR-flash er glimrende til specifikke applikationer med en lav komponenttæthed, men mangler skalérbarheden til større lagringsopgaver.
Wearables skal kunne modstå flere miljøfaktorer som ekstreme temperaturer, fysiske chok og vibrationer samt fugt. Industrielle memories sikrer den pålidelige drift under barske forhold, men robuste kapslinger beskytter komponenterne mod chok og fald.
Vandtætte og specielt coatede løsninger beskytter memory-komponenterne mod fugt og sved, så man er sikret en konsistent ydelse i såvel fitness- som udendørsmiljøer. Krav til holdbarheden er især vigtigt inden for medico- og fitness wearables, der bliver udsat for hyppig brug under ofte krævende forhold.
Datasikkerhed i højsædet
Med henblik på den følsomme natur af de data, der bliver genereret i wearables, er en robust sikkerhed også kritisk. Memory-løsninger bør integrere funktioner som hardwarebaseret kryptering, secure boot-mekanismer og write-beskyttelse, for at beskytte mod pilfingre og uautoriseret adgang.
Kompakte løsninger som MCP’er kombinerer lagringsfunktionerne med høj sikkerhed og maksimerer desuden pladseffektiviteten uden tab af beskyttelse. Effektive krypteringsalgoritmer sikrer robust sikkerhed med et fortsat minimalt energiforbrug.
Innovation i fremtidens wearable memories – også i real-world applikationer
Spirende teknologier driver fremskridtene inden for wearable memory fremad:
● 3D NAND-flash: Giver højere memory-tæthed i kompakte designs.
● LPDDR5X: Øger effektiviteten og ydelsen for dataintensive opgaver.
● AI-optimerede controllere: Styrer dynamisk forbruget og forlænger batterilevetiden under memory-intensive operationer.
Fremtidens gennembrudsteknologier som MRAM (Magnetoresistiv Random-Access Memory) og RRAM (Resistiv Random-Access Memory) lover endnu højere holdbarhed, hastighed og effektivitet, hvilket udbygger mulighederne inden for wearables.
En række nye apparater beviser integrationen af cutting-edge memory-teknologier i nutidige designs:
● Apple Watch Series 9: Bruger LPDDR5-memory til real-time helbredsmonitering med AI-funktioner.
● Oura Ring Gen 3: Anvender embedded non-volatil memory til effektiv data-logging.
● Meta Quest 3: Bruger LPDDR5X til sømløse AR/VR-oplevelser.
● Fitbit Charge 6: Kombinerer NAND-flash og DRAM i MCP’er til kompakt, effektiv fitness tracking.
Disse eksempler demonstrerer, hvordan avancerede memory-løsninger klarer de udfordringer, som størrelse, energieffektivitet og ydelse i wearables stiller.
Silicon Motions optimerede memory-løsninger
Silicon Motions Ferri-eMMC giver en fin balance mellem ydelse, pålidelighed og skalérbarhed og sikrer dermed en robust drift i udfordrende miljøer. Til standard bruger-cases giver MLC/3D TLC-konfigurationen effektive memory-kapaciteter fra 8GB til 512GB. Til mere krævende miljøer, hvor en højere ydelse er nødvendig, er komponenter med SLC-konfigurationer med kapaciteter mellem 4GB og 160GB også en løsning, og det sikrer den fleksibilitet, som systemdesignere har brug for.
For at forbedre ydelse og kompatibilitet yderligere inkluderer Ferri-eMMC avancerede muligheder for kundespecifikke firmware-konfigurationer. Det tillader skræddersyede løsninger, som opfylder specifikke behov i selv meget unikke wearable-produkter med en bedre funktion og integration i specialiserede designs til følge.
Pålidelighed er en afgørende kvalitet i Ferri-eMMC, og den er opnået gennem en streng kvalitetskontrol. Hver eneste komponent gennemgår en 100 procent full-range screening, der i betydelig grad reducerer antallet af defekte komponenter målt i parts per million (DPPM). Desuden lever løsningen op til kravene for AEC-Q100-certificering (Grades 3/2), så komponenterne egner sig til såvel automotive som industrielt rettede applikationer.
Ferri-eMMC har en overlegen support af temperaturområderne. Silicon Motions memory-løsninger kan fungere pålideligt i kommercielle (-25°C til 85°C), industrielle (-40°C til 85°C) og automotive (-40°C til 105°C) temperaturområder, så der er ideelle løsninger til såvel standard- som ekstreme driftsforhold.
Med kundespecifikke optioner for både firmware og hardware gør Silicon Motion designere i stand til at skabe løsninger, der er målrettet pladsbegrænsede og energieffektive wearable-platforme.
Konklusion
Gennem en balance mellem ydelse, effektivitet og holdbarhed og et omhyggeligt valg af memory kan designere konstruere produkter, der opfylder de strengeste krav til et meget dynamisk marked og med brugeroplevelser, som lever op til ønsket om stadigt mere kompakte og effektive designs.
Silicon Motions eMMC er allerede tilpasset disse krav og udgør et grundlag for intelligente wearables. Kombinationen af ydelse, sikkerhed, energieffektivitet og holdbarhed gør disse memory-komponenter til et oplagt valg for designere, der vil udforme den næste generation af kompakte, bærbare produkter.
Billedtekster:
1: Gennem en balance mellem ydelse, effektivitet og holdbarhed og et omhyggeligt valg af memory kan designere konstruere wearables, der opfylder de strengeste krav fra et meget dynamisk marked, hvor pris, holdbarhed, pålidelighed og robust funktion skal hænge sammen selv under vanskelige forhold.
2: Silicon Motions Ferri-eMMC giver en fin balance mellem ydelse, pålidelighed og skalérbarhed og sikrer dermed en robust drift i udfordrende miljøer.
