半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(1)

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。

半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(2)

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。

半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(3)

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)。

半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(4)

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

半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(5)

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

半导体存储行业的新未来 半导体存储发展与分类(6)

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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