存儲(chǔ)芯片是什么 存儲(chǔ)芯片的分類(lèi)及發(fā)展歷史

?

?

存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體行業(yè)中非常重要的一類(lèi)產(chǎn)品，我們?nèi)粘Ｋ械?a target="_blank">電子設(shè)備基本都會(huì)用到存儲(chǔ)器。據(jù)WSTS預(yù)測(cè)，2023年全球存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1675億美元，占比約30%；其中中國(guó)存儲(chǔ)器市場(chǎng)空間巨大，預(yù)計(jì)2023年國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到6492億元(約942億美元)，約占全球市場(chǎng)的55.8%。

一、什么是存儲(chǔ)芯片

存儲(chǔ)芯片的定義

存儲(chǔ)芯片，是嵌入式系統(tǒng)芯片的概念在存儲(chǔ)行業(yè)的具體應(yīng)用。因此，無(wú)論是系統(tǒng)芯片還是存儲(chǔ)芯片，都是通過(guò)在單一芯片中嵌入軟件，實(shí)現(xiàn)多功能和高性能，以及對(duì)多種協(xié)議、多種硬件和不同應(yīng)用的支持。

2.操作方式：

對(duì)存儲(chǔ)行業(yè)而言，存儲(chǔ)芯片主要以兩種方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化：

1)ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

ASIC(專(zhuān)用集成電路)在存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。除了可以大幅度地提高系統(tǒng)處理能力，加快產(chǎn)品研發(fā)速度以外，ASIC更適于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，根椐固定需求完成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在存儲(chǔ)行業(yè)，ASIC通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)產(chǎn)品技術(shù)的某些功能，被用做加速器，或緩解各種優(yōu)化技術(shù)的大量運(yùn)算對(duì)CPU造成的過(guò)量負(fù)載所導(dǎo)致的系統(tǒng)整體性能的下降。

2)FPGA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）是專(zhuān)用集成電路（ASIC）中級(jí)別最高的一種。與ASIC相比，F(xiàn)PGA能進(jìn)一步縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，具有更高的設(shè)計(jì)靈活性。當(dāng)需要改變已完成的設(shè)計(jì)時(shí)，ASIC的再設(shè)計(jì)時(shí)間通常以月計(jì)算，而FPGA的再設(shè)計(jì)則以小時(shí)計(jì)算。這使FPGA具有其他技術(shù)平臺(tái)無(wú)可比擬的市場(chǎng)響應(yīng)速度。新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多數(shù)工具以微微秒-百億分之一秒計(jì)算）的特性。

二、存儲(chǔ)芯片的分類(lèi)

半導(dǎo)體存儲(chǔ)是存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域最廣、市場(chǎng)規(guī)模最大的存儲(chǔ)器件。按照停電后數(shù)據(jù)是否可繼續(xù)保存在器件內(nèi)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為掉電易失和掉電非易失器件；

1)易失存儲(chǔ)器在過(guò)去的幾十年里沒(méi)有特別大的變化，依然是以靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）為主；

2)非易失存儲(chǔ)器從早期的不可擦除PROM，到后來(lái)的光可擦除EPROM、電可擦除EEPROM，到現(xiàn)在的主流的Flash，技術(shù)在不斷的更新、進(jìn)步?，F(xiàn)在RAM領(lǐng)域還出現(xiàn)了鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）、相變存儲(chǔ)器（PRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（RRAM）等非易失靜態(tài)存儲(chǔ)器。

1.EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器”，可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程，一般用在即插即用。在一些所需存儲(chǔ)容量不大，并且需要頻繁更新的場(chǎng)合，EEPROM相比較于Flash，由于其百萬(wàn)次的擦寫(xiě)次數(shù)和更快速的寫(xiě)入，成為更佳選擇。近年來(lái)，EEPROM除了越來(lái)越多的集成到SOC芯片中，也可搭配AMOLED、指紋、觸控、攝像頭、藍(lán)牙、無(wú)線等芯片形成模組。EEPROM以其通用性，穩(wěn)定耐用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，各種小容量規(guī)格，能滿足攝像頭模組、可穿戴設(shè)備等對(duì)參數(shù)存儲(chǔ)的要求。

2.NOR Flash應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，幾乎所有需要存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的電子設(shè)備都需要使用NOR Flash。NOR Flash的廣泛應(yīng)用，主要得益于其可芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）的特點(diǎn)。如下圖所示，F(xiàn)lash均使用浮柵場(chǎng)效應(yīng)管作為基本單元來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在控制柵極（Word Line與場(chǎng)效應(yīng)管連接處）未施加電壓時(shí)，源極和漏極之間導(dǎo)通則數(shù)據(jù)為1，中斷則為0。NOR Flash的連接方式為串聯(lián)，讀取數(shù)據(jù)不需對(duì)Word Line進(jìn)行加壓，直接測(cè)量對(duì)應(yīng)的Bit Line和Source Line之間的通斷即可獲取該存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。不僅實(shí)現(xiàn)了位讀取，還大大提高了數(shù)據(jù)讀取的速度。實(shí)現(xiàn)位讀取，程序便可在NOR Flash上運(yùn)行，即所謂的芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）。

3.NAND Flash的連接方式為串聯(lián)，若要讀取下圖黃色Word Line（字線）的數(shù)據(jù)，需對(duì)其他所有Word Line進(jìn)行增加電壓，加壓后漏極和源極處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此NAND Flash讀取數(shù)據(jù)的最小單位是頁(yè)（即Word Line上的所有數(shù)據(jù)），無(wú)法直接運(yùn)行程序，所有數(shù)據(jù)必須先讀取到RAM上后才可運(yùn)行。從應(yīng)用形態(tài)上看，NAND Flash的具體產(chǎn)品包括USB（U盤(pán)）、閃存卡、SSD（固態(tài)硬盤(pán)），以及嵌入式存儲(chǔ)（eMMC、eMCP、UFS）等。USB屬于常見(jiàn)的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，閃存卡則用于常見(jiàn)電子設(shè)備的外設(shè)存儲(chǔ)，如相機(jī)、行車(chē)記錄儀、玩具等。

4.DRAM是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Dynamic Random Access Memory）的縮寫(xiě)，主要的作用原理是利用電容內(nèi)存儲(chǔ)電荷的多寡來(lái)代表一個(gè)二進(jìn)制比特（bit）是1還是0。DRAM的特征是運(yùn)算速度快，但掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，常應(yīng)用于系統(tǒng)硬件的運(yùn)行內(nèi)存。DRAM用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)保存以及與CPU直接通訊。在計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的應(yīng)用領(lǐng)域，DRAM以內(nèi)存模組的形式出現(xiàn)。內(nèi)存模組由DRAM內(nèi)存顆粒（即內(nèi)存芯片）和內(nèi)存接口芯片以及配套的印制電路板組成。在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，DRAM直接以一顆芯片的形安裝在主板上。

uDRAM按照產(chǎn)品分類(lèi)分為DDR/LPDDR/GDDR和傳統(tǒng)型（Legacy/SDR）DRAM，相對(duì)于DDR的雙倍速率（在時(shí)鐘上升沿和下降沿都可以讀取數(shù)據(jù)），傳統(tǒng)的DRAM只在時(shí)鐘上升沿讀取數(shù)據(jù)，速度相對(duì)慢。應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)較窄，是利基型的DRAM。DDR/LPDDR為DRAM的應(yīng)用最廣的類(lèi)型，因此DRAM主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備上，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩者合計(jì)占DRAM應(yīng)用比例約為90%

5.SRAM即靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，SRAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，DRAM每隔一段時(shí)間，要刷新充電一次，否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)即會(huì)消失。SRAM的讀寫(xiě)速度非?？?，同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)完整性，由于SRAM內(nèi)部采用的是雙穩(wěn)態(tài)電路的形式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以SRAM的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。由于SRAM更快，功耗低，但由于其容量小，成本更加昂貴，所以一般應(yīng)用于帶寬要求高，功耗要求低的場(chǎng)景。目前SRAM基本上只用于CPU內(nèi)部的一級(jí)緩存以及內(nèi)置的二級(jí)緩存，比如作為微控制器的RAM或者cache（32bytes到128kb）

三、存儲(chǔ)芯片的發(fā)展歷史

存儲(chǔ)行業(yè)興起于1960s，是半導(dǎo)體行業(yè)重要的分支領(lǐng)域。按照產(chǎn)品周期存儲(chǔ)行業(yè)的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段。1990年以前，DRAM為存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)上主要的產(chǎn)品，且伴隨少量的EPROM和EEPROM。1990年至2000年，NOR Flash開(kāi)始逐步占據(jù)一定比例的市場(chǎng)份額。2000年以后，NAND Flash開(kāi)始爆發(fā)式增長(zhǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模直逼DRAM, 而NOR Flash的市場(chǎng)規(guī)模于2006年達(dá)到頂峰后開(kāi)始逐漸下滑，但于近兩年又開(kāi)始有微小上升趨勢(shì)

參照行業(yè)玩家的變化也可以劃分為3個(gè)階段，即美國(guó)→日本→韓國(guó)。

存儲(chǔ)行業(yè)的主要玩家伴隨歷史發(fā)展發(fā)生了顯著的變化，霸主地位由一開(kāi)始的美國(guó)企業(yè)（1969-1984年）逐步轉(zhuǎn)移到日本（1985-1996年），最后再轉(zhuǎn)移到韓國(guó)企業(yè)（1996-現(xiàn)在）。目前存儲(chǔ)行業(yè)的主要玩家包括韓國(guó)的三星、SK海力士；日本的東芝、鎧俠、日立、NEC；美國(guó)的美光、英特爾、西部數(shù)據(jù)等。

四、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

Nor Flash

1)NOR Flash制程進(jìn)展緩慢

1988年，Intel推出第一款NOR Flash商用產(chǎn)品，制程為1.5微米。2005年，Intel推出65nm制程產(chǎn)品，直到2020年，65nm依然是NOR Flash主流制程,而與NOR Flash同源的閃存產(chǎn)品NAND Flash早已進(jìn)入10nm制程。市場(chǎng)高端玩家美光與cypress目前均已采用最先進(jìn)的45nm制程，中低端市場(chǎng)主要產(chǎn)商兆易創(chuàng)新與旺宏于2019年推出55nm制程，華邦預(yù)計(jì)于2021年量產(chǎn)45nm制程產(chǎn)品。

2)SPI接口技術(shù)優(yōu)化NOR Flash效率

串行外設(shè)接口(SPI)是微控制器和外圍IC（如傳感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等）之間使 用最廣泛的接口之一。4線SPI器件有四個(gè)信號(hào)：時(shí)鐘(SCLK)、片選(CS)、主機(jī)輸出 (MOSI)、從機(jī)輸 出(MISO)。主機(jī)送出CLK信號(hào)，主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)在MOSI線上傳輸，從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)在MISO線上 傳輸。與另一種同步傳輸協(xié)議I2C（并行存取方式)相比，序列式接口具有較多優(yōu)勢(shì)：其外在接腳數(shù)目更少， 降低了IC組裝及封裝的成本，占據(jù)了更小的印刷電路板面積并簡(jiǎn)化了繞線的復(fù)雜度；由于電路設(shè)計(jì)原 因，SPI傳輸速率一般在幾十Mbps，I2C傳輸速率一般僅有400Kbps。

使用SPI接口技術(shù)的NOR Flash一般被稱為Serial NOR Flash或SPI NOR Flash，使用I2C接口技術(shù)的NOR Flash一般被稱為Parallel NOR Flash。目前，美光、賽普拉斯、華邦、旺宏等NOR Flash知名產(chǎn)商均有生產(chǎn)兩種形式的NOR Flash，兆易創(chuàng)新則專(zhuān)注于SPI NOR Flash。

當(dāng)前市場(chǎng)上以SPI為接口的NOR Flash產(chǎn)品數(shù)量較多，但根據(jù)Knowledge Sourcing Intelligence預(yù)測(cè)，并行接口的NOR Flash數(shù)量將在未來(lái)幾年有所增加。

2008 年 10 月，兆易創(chuàng)新推出國(guó)內(nèi)首款串行閃存（SPI NOR Flash）產(chǎn)品，并于12月開(kāi)始量產(chǎn)。此后，公司SPI NOR Flash 產(chǎn)品不斷更新迭代。2019年4月，兆易創(chuàng)新推出八通道XSPI接口技術(shù)，大幅增加了閃存數(shù)據(jù)吞吐量。2020年7月，兆易創(chuàng)新的GD25/55 B/T/X系列1.8V產(chǎn)品（即GD25/55 LB/LT/LX）全面量產(chǎn)，其數(shù)據(jù)吞吐量分別為90Mbps，200Mbps和400Mbps。

2.DRAM

1)DRAM制程進(jìn)入1z時(shí)代

DRAM的技術(shù)發(fā)展路徑是以微縮制程來(lái)提高存儲(chǔ)密度。制程工藝進(jìn)入20nm之后，制造難度大幅提升，內(nèi)存芯片廠商對(duì)工藝的定義從具體的線寬轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰唧w制程范圍內(nèi)提升二或三代技術(shù)來(lái)提高存儲(chǔ)密度。譬如，1X/1Y/1Z是指10nm級(jí)別第一代、第二代、第三代技術(shù)，未來(lái)還有1α/1β/1γ。

目前市場(chǎng)上DRAM的應(yīng)用較為廣泛的制程是2Xnm和1Xnm，三星、美光、海力士等巨頭廠商均已開(kāi)發(fā)出1Znm制程的DRAM。國(guó)產(chǎn)DRAM廠商合肥長(zhǎng)鑫現(xiàn)已量產(chǎn)的DRAM為19nm制程，預(yù)計(jì)2021年可投產(chǎn)17nm DRAM，技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)的廠商還有較大的差距。

2)DRR系列性能持續(xù)優(yōu)化

DDR是雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，在SDRAM（Synchronous DRAM）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，與SDRAM相比，它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫(xiě)兩次數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍。主要應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器上。自2000年DDR1推出之后，20年內(nèi)DDR系列已更新

到了第五代，主要發(fā)展方向?yàn)楣ぷ餍侍嵘c工作電壓降低。

3)DRR5：更高的帶寬，更快的速率，更低的功耗

2018年至2020年，海力士、美光、三星先后宣布完成DDR5研發(fā)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)商方面，瀾起科技表示將在2020年內(nèi)完成DDR5研發(fā)。相比于DDR4，DDR5具有更高的帶寬，更快的速率，更低的功耗。據(jù)固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（JEDEC) ，DDR5突發(fā)長(zhǎng)度增加到BL16，存儲(chǔ)區(qū)計(jì)數(shù)增加至32，為DDR4的兩倍；最高速率可達(dá)4.8Gbps，是DDR4的150%；輸入緩沖和核心邏輯的供電電壓降低至1.1V。根據(jù)IDC預(yù)測(cè)，DDR5的需求將逐步增長(zhǎng)，在DRAM市場(chǎng)的占有率將于2021年達(dá)到25%，在2022年進(jìn)一步上升至44%。

3.NAND Flash：3D垂直堆疊技術(shù)為主要發(fā)展方向

1)NAND Flash存儲(chǔ)密度不斷增加

根據(jù)每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)數(shù)量，NAND Flash可以分為SLC、MLC、TLC、QLC。SLC（SingleLevel Cell）為每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)只有1位，即只有0/1兩種狀態(tài)，而MLC（Multi-Level Cell）、TLC（Triple-Level Cell）、QLC（Quad-Level Cell）每個(gè)存儲(chǔ)單元能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分別為2位、3位與4位，可以有4種、8種與16種狀態(tài)，存儲(chǔ)空間迅速增加。

四種類(lèi)型的NAND Flash性能各有不同。SLC單位容量的成本相對(duì)于其他類(lèi)型NAND Flash成本更高，但其數(shù)據(jù)保留時(shí)間更長(zhǎng)、讀取速度更快；QLC擁有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、壽命短等缺點(diǎn)，仍有待后續(xù)發(fā)展。目前主流的解決方案為MLC與TLC 。

2)3D NAND成為主流方向

以往的閃存多為平面閃存，也即2D NAND，3D NAND是立體結(jié)構(gòu)的閃存。3D NAND使用多層垂直堆疊技 術(shù)，相比較于2D NAND，擁有更大的容量、更低的功耗、更好的耐用性以及更低的成本等優(yōu)點(diǎn)。具體?來(lái)說(shuō)，3D NAND成本大約為2D NAND的3倍，64層3D NAND容量大約為2D NAND的三倍，隨著3D NAND層數(shù) 增加，規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將逐漸凸顯。此外，相關(guān)測(cè)試顯示與2D NAND相比，3D NAND能夠節(jié)省約50%能耗。

目前2D NAND使用的制程工藝為14/15nm，3D NAND大多為20nm級(jí)別。同DRAM 一樣，NAND Flash 同樣采取 1X nm/1Y nm/1Z nm 進(jìn)行工藝技術(shù)的度量。不同之處在于，由于物理結(jié)構(gòu)上 NAND 不需要制作電容器，自2015年制程推進(jìn)遇到障礙時(shí)，制程工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的3D堆疊 技術(shù)成為新的發(fā)展方向。根據(jù)Yole，全球 3D NAND Flash 的產(chǎn)量已于2017年4季度超過(guò)2D。目前3D技 術(shù)正在穩(wěn)步推進(jìn)中，未來(lái)的發(fā)展方向就是層數(shù)的繼續(xù)堆疊。

目前，全球能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)3D NAND的公司只有三星、美光、英特爾、海力士、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等10幾家廠商。根據(jù)TechInsights，截止2019年末，美光、海力士、三星、西部數(shù)據(jù)等國(guó)際大廠均已成功研發(fā)100+層 的3D NAND。2020年4月，長(zhǎng)江存儲(chǔ)也宣布成功研發(fā)128層3D NAND。

4.新型存儲(chǔ)：打破內(nèi)外存儲(chǔ)邊界

1)新型存儲(chǔ)有望突破內(nèi)存、外存間 “存儲(chǔ)墻”

當(dāng)前主流的計(jì)算系統(tǒng)都采用馮諾依曼架構(gòu)，其特點(diǎn)在于程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，與運(yùn)算控制單元相分離。為了滿足速度和容量的需求，現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)通常采取高速緩存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存儲(chǔ)(NAND Flash)的三級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。SRAM響應(yīng)時(shí)間通常在納秒級(jí)，DRAM則一般為100納秒量級(jí)，NAND Flash更是高達(dá) 100微秒級(jí)，當(dāng)數(shù)據(jù)在這三級(jí)存儲(chǔ)間傳輸時(shí)，響應(yīng)時(shí)間的差異形成“存儲(chǔ)墻”。

DRAM和NAND Flash受限于本身物理特性，難以突破“存儲(chǔ)墻”。新型存儲(chǔ)的特殊材料和結(jié)構(gòu)使 其同時(shí)具備DRAM的讀寫(xiě)速率與壽命以及NAND Flash的非易失特性，理論上可以簡(jiǎn)化存儲(chǔ)架構(gòu)將當(dāng)前的內(nèi)存和外存合并為持久內(nèi)存，從而有望消除或縮小內(nèi)存與外存間的“存儲(chǔ)墻”。目前較為流行的新型存儲(chǔ)有4種：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM。

2)PCM：高密度、低功耗的非易失存儲(chǔ)

相變位存儲(chǔ)器(PCM: Phase-change memory)，是一種非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備。其材料為硫族化物的玻璃。硫?qū)俨ＡЫ?jīng)加熱可以改變狀態(tài)，成為晶體或非晶體，這些不同狀態(tài)具有不同的電阻特性和光學(xué)特性， PCM借此存儲(chǔ)不同的數(shù)值。PCM具有工藝尺寸小、存儲(chǔ)密度高、讀寫(xiě)速度快、功耗低、可拓展性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)。

由于PCM必須逐層構(gòu)建，且每一層都必須采用關(guān)鍵的光刻和蝕刻步驟，導(dǎo)致成本與層數(shù)等比例增加， 因此其不具備垂直3D NAND的制造技術(shù)所能達(dá)到的規(guī)模效益。2015年，Intel與Micron推出3D Xpoint存儲(chǔ)器，旨在作為計(jì)算系統(tǒng)中DRAM與NAND閃存SSD之間的新增 存儲(chǔ)器層。3D Xpoint存儲(chǔ)器使用相變材料，其存儲(chǔ)量接近NAND，速度與DRAM相近，成本介于NAND和 DRAM之間。

在3D Xpoint基礎(chǔ)上，Intel與美光分別推出自己的產(chǎn)品。Intel傲騰系列產(chǎn)品都是基于3D Xpoint，包 括傲騰固態(tài)盤(pán)系列與傲騰內(nèi)存系列，其中，傲騰固態(tài)盤(pán)用于標(biāo)準(zhǔn) NAND 封裝模型中的快速存儲(chǔ)，內(nèi)存 產(chǎn)品則在DRAM總線上運(yùn)行；美光在2019年推出X100 SSD，其每秒讀寫(xiě)次數(shù)最高為250萬(wàn)，連續(xù)傳輸?shù)?性能約為10GB/s，兩項(xiàng)性能均創(chuàng)造了單塊SSD的新記錄。

3)FRAM:讀寫(xiě)耐久的隨機(jī)存儲(chǔ)

鐵電存儲(chǔ)器（FERAM），是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,與DRAM類(lèi)似，但其使用鐵電層而非介電層來(lái)實(shí)現(xiàn)它的非 易失性。FRAM的電壓、電流關(guān)系具有可用于存儲(chǔ)位的特征滯后回路。正電流使位單元處于具有正偏置的 狀態(tài)，而負(fù)電流將該位單元的狀態(tài)改變?yōu)樨?fù)偏置。

電鐵存取器的缺點(diǎn)是，它的讀取是破壞性的，每次讀取后必須通過(guò)后續(xù)寫(xiě)入來(lái)抵消，以將該位的內(nèi)容恢 復(fù)到其原始狀態(tài)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有獨(dú)特的低寫(xiě)入耗電性能以及寫(xiě)入耐久性，F(xiàn)eRAM在+85°C下的數(shù)據(jù)保留時(shí)間超過(guò)10年（在較低溫度下長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年）。富士通正在開(kāi)發(fā)FRAM并竭力推廣商業(yè)化進(jìn)程。

4)MRAM：高速長(zhǎng)壽的非易失存儲(chǔ)

磁性存儲(chǔ)器 (MRAM）是一種非易失性存儲(chǔ)。共有三層，上下兩層是磁性隧道結(jié)，中間為晶體管。當(dāng)最上層磁性方向與最下層方向一致時(shí)，MTJ具有低電阻；當(dāng)最上層磁性方向與最下層方向相反時(shí)，MTJ具有高電阻。寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格控制電流，改變最上面一層磁場(chǎng)方向進(jìn)而改變晶體管電阻值。

所有新型存儲(chǔ)介質(zhì)中，MRAM是唯一一個(gè)速度可與DRAM媲美的存儲(chǔ)器。此外，MRAM具有較長(zhǎng)的壽命，其 組成的固件就無(wú)需像基于閃存的SSD固件做磨損均衡。

目前Everspin已經(jīng)有產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天等特定領(lǐng)域，并于2019年開(kāi)始與格芯合作，試生產(chǎn)28nm制程 的1Gb STT-MRAM產(chǎn)品。

5)ReRAM：高速非易失存儲(chǔ)

阻變存儲(chǔ)器 (ReRAM)是一種非易失性存儲(chǔ)器。采用兩端加了電壓，電阻會(huì)發(fā)生變化的材料，目前主要 是過(guò)渡金屬氧化物。過(guò)渡金屬氧化物的薄膜是絕緣體，其電阻值在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生可逆變化。即，當(dāng)電場(chǎng)超過(guò)臨界值時(shí)介電層會(huì)發(fā)生崩潰現(xiàn)象，使介電層從高阻值轉(zhuǎn)為低阻值阻變存儲(chǔ)器。依據(jù)電阻器 處于高電阻或低電阻狀態(tài)以表示“1”或“0”。

與PCM相比，ReRAM的運(yùn)行時(shí)間更快，與MRAM相比，ReRAM具有更簡(jiǎn)單，更小的單元結(jié)構(gòu)。Crossbar正致力于其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，富士通和松下正在聯(lián)合加大投入開(kāi)發(fā)第二代 ReRAM 器件。

編輯：黃飛

?