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不同類型的內(nèi)存

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

DRAM是動態(tài)隨機存儲器，它是易失性的，意味著每隔一段時間就需要刷新和充電，否則內(nèi)部數(shù)據(jù)就會消失，一般用在電腦內(nèi)存、手機、NAND Flash，又稱閃存，是一種非易失性存儲器，廣泛應(yīng)用于eMMC/EMCP、USB閃存盤、固態(tài)硬盤等市場。另一方面，與NAND相比，NOR Flash的存儲密度更低，寫入速度更慢，操作也略復(fù)雜，更常用于汽車電子產(chǎn)品。

圖1：內(nèi)存的分類

目前市場主要由NAND閃存、Nor Flash和DRAM存儲器主導(dǎo)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和改進，可用的存儲器類型越來越多，技術(shù)要求也越來越高，性能也越來越高。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(nèi)存市場規(guī)模及增長率

今，半導(dǎo)體存儲器已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最大的細分市場，約占全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的三分之一。IC Insights預(yù)測，未來五年半導(dǎo)體存儲器將以6.8%的復(fù)合年增長率持續(xù)增長。

全球存儲芯片市場在波動中保持上升趨勢，市場規(guī)模從2005年的546億美元增長到2020年的1229億美元，復(fù)合增長率為5.6%。IC Insights預(yù)計，2021年全球內(nèi)存芯片市場規(guī)模將同比增長22%，2023年將超過2000億美元。

存儲器行業(yè)的現(xiàn)狀及未來趨勢

隨著萬物智能時代的到來，人工智能、智能汽車等新興應(yīng)用將對數(shù)據(jù)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，影響未來存儲器市場格局。

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

目前，有四種主要類型的新記憶。

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(dǎo)體和鑫源半導(dǎo)體為代表的電阻式RAM。

MRAM具有最佳的讀/寫速率和壽命，理論上有機會取代現(xiàn)有的存儲器和外部存儲器，但由于量子隧道效應(yīng)涉及到，大規(guī)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(yīng)用和新興的物聯(lián)網(wǎng)嵌入式存儲領(lǐng)域。

目前產(chǎn)品的主要問題是存儲密度太低，無法在容量上取代NAND閃存，而從其持續(xù)虧損的情況來看，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(nèi)存和SSD緩存。

FRAM具有讀寫速度快、壽命長的優(yōu)點，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(xù)寫入來抵消，以將該位的內(nèi)容恢復(fù)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)境污染問題，尚未找到完善的商業(yè)化應(yīng)用。兩家公司，Ramtron和Symetrix，目前正在領(lǐng)導(dǎo)FRAM的開發(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(jié)點。然而，由于存儲介質(zhì)中導(dǎo)電溝道的隨機性，在二進制存儲中很難保證大規(guī)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)計算方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。未來ReRAM相關(guān)產(chǎn)品有機會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(zhàn)。相對于傳統(tǒng)的DRAM和NAND Flash，新型存儲產(chǎn)業(yè)尚未形成行業(yè)壟斷，產(chǎn)品線也不夠清晰。從技術(shù)上看，未來存儲技術(shù)路線尚不明朗，技術(shù)有機會趕超甚至超越。市場上，隨著各國在5G、人工智能等新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，存儲需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，新型存儲有足夠廣闊的潛在市場。