不同類(lèi)型的內存

DRAM在20世紀70年代進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，并以其極高的讀寫(xiě)速度成為存儲市場(chǎng)的最大分支；功能手機的出現迎來(lái)了NOR Flash市場(chǎng)的爆發(fā)；PC時(shí)代對存儲容量的需求越來(lái)越大，使低成本、高容量的NAND閃存成為最佳選擇。

DRAM是動(dòng)態(tài)隨機存儲器，它是易失性的，意味著(zhù)每隔一段時(shí)間就需要刷新和充電，否則內部數據就會(huì )消失，一般用在電腦內存、手機、NAND Flash，又稱(chēng)閃存，是一種非易失性存儲器，廣泛應用于eMMC/EMCP、USB閃存盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)等市場(chǎng)。另一方面，與NAND相比，NOR Flash的存儲密度更低，寫(xiě)入速度更慢，操作也略復雜，更常用于汽車(chē)電子產(chǎn)品。

圖1：內存的分類(lèi)

目前市場(chǎng)主要由NAND閃存、Nor Flash和DRAM存儲器主導。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，可用的存儲器類(lèi)型越來(lái)越多，技術(shù)要求也越來(lái)越高，性能也越來(lái)越高。其中包括鐵電存儲器（FRAM）、相變存儲器（PRAM）、磁存儲器（MRAM）、電阻存儲器（RRAM）以及最近的UltraRAM。

全球內存市場(chǎng)規模及增長(cháng)率

今，半導體存儲器已成為半導體產(chǎn)業(yè)中最大的細分市場(chǎng)，約占全球半導體產(chǎn)業(yè)的三分之一。IC Insights預測，未來(lái)五年半導體存儲器將以6.8%的復合年增長(cháng)率持續增長(cháng)。

全球存儲芯片市場(chǎng)在波動(dòng)中保持上升趨勢，市場(chǎng)規模從2005年的546億美元增長(cháng)到2020年的1229億美元，復合增長(cháng)率為5.6%。IC Insights預計，2021年全球內存芯片市場(chǎng)規模將同比增長(cháng)22%，2023年將超過(guò)2000億美元。

存儲器行業(yè)的現狀及未來(lái)趨勢

隨著(zhù)萬(wàn)物智能時(shí)代的到來(lái)，人工智能、智能汽車(chē)等新興應用將對數據存儲在速度、功耗、容量、可靠性等方面提出更高要求，促使新型存儲器快速發(fā)展，影響未來(lái)存儲器市場(chǎng)格局。

DRAM雖然速度快，但功耗高、容量小、成本高，在斷電的情況下無(wú)法保存數據，限制了場(chǎng)景的使用；NOR Flash和NAND Flash讀寫(xiě)速度低，存儲密度受工藝限制。市場(chǎng)需要能滿(mǎn)足新場(chǎng)景的內存產(chǎn)品，性能突破的新內存即將爆發(fā)。

目前，有四種主要類(lèi)型的新記憶。

以3D Xp point為代表的相變存儲器，由英特爾和美光公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。

鐵電RAM由Ramtron和Symetrix公司代理。

磁性RAM，由Everspin（美國）代表。

以松下、縱橫半導體和鑫源半導體為代表的電阻式RAM。

MRAM具有最佳的讀/寫(xiě)速率和壽命，理論上有機會(huì )取代現有的存儲器和外部存儲器，但由于量子隧道效應涉及到，大規模制造難以保證均一性，且存儲容量和產(chǎn)量攀升緩慢。在工藝上取得進(jìn)一步突破之前，MRAM產(chǎn)品主要適用于容量要求不高的特殊應用和新興的物聯(lián)網(wǎng)嵌入式存儲領(lǐng)域。

目前產(chǎn)品的主要問(wèn)題是存儲密度太低，無(wú)法在容量上取代NAND閃存，而從其持續虧損的情況來(lái)看，英特爾3D Xpoint的成本和良率是瓶頸之一。目前PCM產(chǎn)品主要用于低延遲存儲中的持久內存和SSD緩存。

FRAM具有讀寫(xiě)速度快、壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)，但其存儲單元是基于雙晶體管的，而雙電阻器單元，單元尺寸至少是DRAM的兩倍，存儲密度有限，成本高。并且其讀取是破壞性的，并且必須由每次讀取之后的后續寫(xiě)入來(lái)抵消，以將該位的內容恢復到其原始狀態(tài)。在材料方面，目前的鐵電晶體材料PZT和SBT都存在疲勞退化和環(huán)境污染問(wèn)題，尚未找到完善的商業(yè)化應用。兩家公司，Ramtron和Symetrix，目前正在領(lǐng)導FRAM的開(kāi)發(fā)。

ReRAM在工藝方面與CMOS完全兼容，可以相對容易地擴展到高級工藝節點(diǎn)。然而，由于存儲介質(zhì)中導電溝道的隨機性，在二進(jìn)制存儲中很難保證大規模陣列的均勻性。也正因為ReRAM的這一特性，被普遍認為在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )計算方面有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢。未來(lái)ReRAM相關(guān)產(chǎn)品有機會(huì )用于特定算法的加速芯片領(lǐng)域。

新存儲產(chǎn)業(yè)尚不成熟，機遇大于挑戰。相對于傳統的DRAM和NAND Flash，新型存儲產(chǎn)業(yè)尚未形成行業(yè)壟斷，產(chǎn)品線(xiàn)也不夠清晰。從技術(shù)上看，未來(lái)存儲技術(shù)路線(xiàn)尚不明朗，技術(shù)有機會(huì )趕超甚至超越。市場(chǎng)上，隨著(zhù)各國在5G、人工智能等新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，存儲需求呈現爆發(fā)式增長(cháng)，新型存儲有足夠廣闊的潛在市場(chǎng)。