非易失性存儲(chǔ)器的分類和未來發(fā)展預(yù)測

非易失性存儲(chǔ)器是指當(dāng)電流關(guān)掉后，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失者的電腦存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器中，依存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)是否能在使用電腦時(shí)隨時(shí)改寫為標(biāo)準(zhǔn)，可分為二大類產(chǎn)品，即ROM和Flash memory。

目前主流的基于浮柵閃存技術(shù)的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)有望成為未來幾年的參考技術(shù)。但是，閃存本身固有的技術(shù)和物理局限性使其很難再縮小技術(shù)節(jié)點(diǎn)。在這種環(huán)境下，業(yè)界試圖利用新材料和新概念發(fā)明一種更好的存儲(chǔ)器技術(shù)，以替代閃存技術(shù)，更有效地縮小存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)性能。

非易失性存儲(chǔ)器的分類

一、只讀存儲(chǔ)器

它是一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其特性是一旦存儲(chǔ)數(shù)據(jù)就無法再將之改變或刪除，且內(nèi)容不會(huì)因?yàn)?a target="_blank">電源關(guān)閉而消失。在電子或電腦系統(tǒng)中，通常用以存儲(chǔ)不需經(jīng)常變更的程序或數(shù)據(jù)，例如早期的家用電腦如Apple II的監(jiān)督程序、BASIC語言解釋器、與硬件點(diǎn)陣字體，個(gè)人電腦IBMPC/XT/AT的BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）與IBM PC/XT的BASIC解釋器，與其他各種微電腦系統(tǒng)中的固件，均存儲(chǔ)在ROM內(nèi)。

PROM：可編程只讀存儲(chǔ)器其內(nèi)部有行列式的镕絲，可依用戶（廠商）的需要，利用電流將其燒斷，以寫入所需的數(shù)據(jù)及程序，镕絲一經(jīng)燒斷便無法再恢復(fù)，亦即數(shù)據(jù)無法再更改。

EPROM：可抹除可編程只讀存儲(chǔ)器可利用高電壓將數(shù)據(jù)編程寫入，但抹除時(shí)需將線路曝光于紫外線下一段時(shí)間，數(shù)據(jù)始可被清空，再供重復(fù)使用。因此，在封裝外殼上會(huì)預(yù)留一個(gè)石英玻璃所制的透明窗以便進(jìn)行紫外線曝光。寫入程序后通常會(huì)用貼紙遮蓋透明窗，以防日久不慎曝光過量影響數(shù)據(jù)。

OTPROM：一次編程只讀存儲(chǔ)器內(nèi)部所用的芯片與寫入原理同EPROM，但是為了節(jié)省成本，封裝上不設(shè)置透明窗，因此編程寫入之后就不能再抹除改寫。

EEPROM：電子抹除式可復(fù)寫只讀存儲(chǔ)器之運(yùn)作原理類似EPROM，但是抹除的方式是使用高電場來完成，因此不需要透明窗。

二、閃存

快閃存儲(chǔ)器是一種電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器的形式，允許在操作中被多次擦或?qū)懙拇鎯?chǔ)器。這種科技主要用于一般性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及在電腦與其他數(shù)字產(chǎn)品間交換傳輸數(shù)據(jù)，如儲(chǔ)存卡與U盤。閃存是一種特殊的、以宏塊抹寫的EEPROM。早期的閃存進(jìn)行一次抹除，就會(huì)清除掉整顆芯片上的數(shù)據(jù)。

閃存的成本遠(yuǎn)較可以字節(jié)為單位寫入的EEPROM來的低，也因此成為非易失性固態(tài)存儲(chǔ)最重要也最廣為采納的技術(shù)。像是PDA、筆記本電腦、數(shù)字隨身聽、數(shù)碼相機(jī)與手機(jī)上均可見到閃存。此外，閃存在游戲主機(jī)上的采用也日漸增加，藉以取代存儲(chǔ)游戲數(shù)據(jù)用的EEPROM或帶有電池的SRAM。

閃存是非易失性的內(nèi)存。這表示單就保存數(shù)據(jù)而言，它是不需要消耗電力的。與硬盤相比，閃存也有更佳的動(dòng)態(tài)抗震性。這些特性正是閃存被移動(dòng)設(shè)備廣泛采用的原因。閃存還有一項(xiàng)特性：當(dāng)它被制成儲(chǔ)存卡時(shí)非?？煽咯ぉぜ词菇谒幸沧阋缘挚?a target="_blank">高壓與極端的溫度。閃存的寫入速度往往明顯慢于讀取速度。

雖然閃存在技術(shù)上屬于EEPROM，但是“EEPROM”這個(gè)字眼通常特指非快閃式、以小區(qū)塊為清除單位的EEPROM。它們典型的清除單位是字節(jié)。因?yàn)槔鲜降腅EPROM抹除循環(huán)相當(dāng)緩慢，相形之下快閃記體較大的抹除區(qū)塊在寫入大量數(shù)據(jù)時(shí)帶給其顯著的速度優(yōu)勢。閃存最常見的封裝方式是TSOP48和BGA，在邏輯接口上的標(biāo)準(zhǔn)則由于廠商陣營而區(qū)分為兩種：ONFI和Toggle。手機(jī)上的閃存常常以eMMC的方式存在。

非易失性存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢預(yù)測

在目前已調(diào)研的兩大類新的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)中，基于鐵電或?qū)щ婇_關(guān)聚合體的有機(jī)材料的存儲(chǔ)器技術(shù)還不成熟，處于研發(fā)階段。某些從事這類存儲(chǔ)器材料研究的研發(fā)小組開始認(rèn)為，這個(gè)概念永遠(yuǎn)都不會(huì)變成真正的產(chǎn)品。事實(shí)上，使這些概念符合標(biāo)準(zhǔn)CMOS集成要求及其制造溫度，還需要解決幾個(gè)似乎難以逾越的挑戰(zhàn)。另一方面，業(yè)界對(duì)基于無機(jī)材料的新非易失性存儲(chǔ)器概念的調(diào)研時(shí)間比較長，并在過去幾年發(fā)布了幾個(gè)產(chǎn)品原型。

早在上個(gè)世紀(jì)90年代就出現(xiàn)了FeRAM技術(shù)概念。雖然在研究過程出現(xiàn)過很多與新材料和制造模塊有關(guān)的技術(shù)難題，但是，經(jīng)過十年的努力，即便固有的制程縮小限制，技術(shù)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于閃存，鐵電存儲(chǔ)器現(xiàn)在還是實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。這個(gè)存儲(chǔ)器概念仍然使用能夠被電場極化的鐵電材料。溫度在居里點(diǎn)以下時(shí)，立方體形狀出現(xiàn)晶格變形，此時(shí)鐵電體發(fā)生極化；溫度在居里點(diǎn)以上時(shí)，鐵電材料變成順電相。

到目前為止，業(yè)界已提出多種FeRAM單元結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)屬于兩種方法體系，一種是把鐵電材料集成到一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)元件內(nèi)，即鐵電電容器內(nèi)（在雙晶體管/雙電容（2T2C）和單晶體管/單電容（1T1C）兩種元件內(nèi)集成鐵電材料的方法），另一種是把鐵電材料集成到選擇元件內(nèi)，即鐵電場效應(yīng)晶體管內(nèi)。所有的FeRAM架構(gòu)都具有訪存速度快和真證的隨機(jī)訪問所有存儲(chǔ)單元的優(yōu)點(diǎn)。今天，F(xiàn)eRAM技術(shù)研發(fā)的主攻方向是130nm制程的64Mb存儲(chǔ)器。