半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类

ddr内存条

现代存储技术依据存储介质和存储原理可以分为磁存储、光存储以及电存储。其中电存储即是半导体存储。相比传统存储，半导体存储器的优点突出，其重量更轻、体积更小、读写速度更快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等。作为基本元器件，广泛应用于各类电子产品中。

存储技术分类

半导体存储有很多分类方法：

1，按存取方式分类：

随机存储器RAM（Random Access Memory）

只读存储器ROM（Read Only Memory）

串行存储器SAS（Serial Access Storage）

2，按作用分类：

主存储器（内存）

辅助存储器（外存）

高速缓冲存储器（Cache）

3，按工艺技术分类：

MOS型存储器

双极型存储器

4，按存储原理分类：

静态存储器

动态存储器

5，按存储特点分类：

易失性存储（VM）

非易失性存储（NVM）

下面从存储特点分类具体讲述，兼顾其他分类方法。

顾名思义，电路断电后，易失性存储器无法保留数据，非易失性存储器可以保留数据。

易失性存储器

易失性存储器主要分为DRAM（动态随机存取存储器，Dynamic RAM）和SRAM（静态随机存取存储器，Static RAM）。

VM

DRAM由许多重复的位单元组成，每个位单元由一个电容和一个晶体管构成（又称1T1C结构）。由于电容会存在漏电现象，所以必须在数据改变或断电前，进行周期性“动态”充电，保持电势。否则，就会丢失数据。这就是“动态”的由来。

DRAM又有同步和异步之分，即同步（Synchronous ）动态随机存取存储器（SDRAM）和异步（Asynchronous）动态随机存取存储器（ADRAM）。同步是指存储器工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准。SDRAM又分单倍SDR（Single Data Rate SDRAM）和双倍速率（Double Data Rate SDRAM），通常所说的DDR即为DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM）。

SDRAM已经发展了几代：

第一代：SDR SDRAM；

第二代：DDR SDRAM；

第三代：DDR2 SDRAM；

第四代：DDR3 SDRAM；

第五代：DDR4 SDRAM；

第六代：DDR5 SDRAM；

由此可以看出，SDRAM技术发展了六代，但如果按照DDR的发展，则是历经了五代。另外LPDDR1~5和GDDR、HBM都属于SDRAM。关于DDR的内容非常多，另做介绍，不在此赘述。

静态随机存取存储器SRAM的基本单元，则最少由6管晶体管组成。场效应管用作控制开关，通过这些场效应管构成一个锁存器（触发器），并在通电时锁住二进制数0和1。因此，SRAM被称为“静态随机存储器”。SRAM不需要定期刷新，响应速度快，但功耗大、集成度低、价格昂贵。因此，经常用做片内的存储器，集成在芯片内部。其有单口和双口之分，单口即读写使用同一组接口，双口即读写接口分开。

非易失性存储器

NVM

非易失性存储器最早期的就是ROM。完全只读，出厂的时候，存储内容就已经写死了，无法做任何修改，灵活性很差。

后来，出现了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。一般只可以编程一次。出厂时，所有存储单元皆为1。通过专用的设备，以电流或光照（紫外线）的方式，熔断熔丝，可以达到改写数据的效果。PROM的灵活性，比ROM更高一些，但还是不够。

于是，就有了EPROM（Erasable Programmable，可擦除可编程ROM）。擦除的方式，可以是光（一般是紫外线），也可以是电。电更方便一点，采用电进行擦除的，就叫做EEPROM（电可擦除可编程EEPROM： Electrically Erasable Programmable read only memory）。

EEPROM可以随机访问和修改任何一个字节，可以往每个bit中写0或者1，就是按“bit”读写，不必将内容全部擦除后再写。它的擦除操作，也是以“bit”为单位，速度还是太慢了。 于是在需求驱使下，一种全新的、能够快速进行擦除操作的存储器——FLASH（闪存）诞生了。Flash存储是以“块”为单位进行擦除的。目前，FLASH的主流代表产品也只有两个，即：NOR Flash和NAND Flash。

近年，IBM结合了DRAM内存的高速存取，以及NAND Flash保留数据的特性，提出“存储级内存”（SCM, Storage-Class Memory）的概念。目前，SCM新型存储器主要有：相变存储器（PCM），阻变存储器（ReRAM/RRAM），铁电存储器（FeRAM/FRAM），磁性存储器（MRAM，第二代为STT-RAM）。

总结

存储器发展及分类

综上所述，存储技术的演进发展可以大概归结为上图。我们知道，集成电路按照产品种类主要可分为四大类：微处理器(约占18%)，存储器(约占23%)，逻辑器件(约占27%)，模拟器件(约占13%)。存储器作为储存数据和程序的载体，有着不可替代的作用。随着技术的发展，存储器在面积、功耗、性能等指标上会进一步提升，我们拭目以待。

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