存储芯片细分种类及发展历程回顾

存储芯片种类丰富，不同芯片各有所长。

存储芯片，又称半导体存储器，是以半导体电路作为存储媒介的存储器，用于保存二进制数 据的记忆设备，是现代数字系统的重要组成部分。存储芯片具有体积小、存储速度快等特点， 广泛应用于内存、U 盘、消费电子、智能终端、固态存储硬盘等领域。 易失性存储器（Volatile Memory）和非易失性存储器（Non-volatile Memory）是两种不同 的计算机存储技术，它们在存储数据的方式和特性上存在差异：

易失性存储器（Volatile Memory）：1）数据存储依赖于电源，当电源断开时，存储在易失性 存储器中的数据会丢失；2）常见的易失性存储器包括随机存取存储器（RAM），如动态随机存 取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）；3）易失性存储器的访问速度通常比非易 失性存储器快，因此它们常用于计算内存，用于临时存储正在处理的数据和程序。 非易失性存储器（Non-volatile Memory）：1）数据存储不依赖于电源，即使电源断开，存储 在非易失性存储器中的数据也不会丢失；2）常见的非易失性存储器包括闪存（Flash Memory）、 只读存储器（ROM），以及一些新技术如磁性随机存储器（MRAM）、铁电随机存储器（FeRAM）、 相变存储器（PCM）等；3）非易失性存储器的访问速度通常比易失性存储器慢，但它们适合 长期存储数据，如操作系统、应用程序和用户文件，但 MRAM 等新技术，则是具有高速读写、 非易失性和高耐久性等优点。

DRAM(动态随机存储器)是个人电脑(PC)、工作站和服务器中常见的一种随机存取存储器 (RAM)。1）工作原理：DRAM 存储数据的方式是通过为每个存储单元分配一个电容器来存储电 荷。电荷的存在表示二进制的 1，不存在表示 0。由于电容器会逐渐放电，DRAM 需要定期刷 新（recharge）以保持数据的完整性。2）刷新机制：为了维持数据，DRAM 需要周期性地刷 新。这是通过刷新电路自动完成的，它会在一定时间间隔内重新充电电容器，以保持数据的 稳定。3）访问速度：DRAM 的访问速度比静态随机存取存储器（SRAM）慢，但成本更低，因此 被广泛用于计算机系统的主内存。4）成本与容量：DRAM 的成本相对较低，这使得它能够以 较高的容量生产，适合作为计算机和其他设备的内存。5）应用场景：DRAM 是个人电脑、服 务器、工作站和其他许多类型的计算机系统中主要的内存类型。6）封装形式：DRAM 通常以内存模块的形式存在，如 DIMM（双列直插式内存模块）或 SODIMM（小型双列直插式内存模 块），这些模块可以插入到主板上的相应插槽中。8）发展趋势：随着技术的进步，DRAM 的制 造工艺不断改进，存储密度和性能持续提升，同时功耗降低。

SRAM(静态随机存取存储器）是随机存取存储器的一种。1）工作原理：SRAM 使用触发器（例 如双稳态电路）来存储数据，而不是像 DRAM 那样使用电容器。每个触发器可以稳定地保持一 位数据（0 或 1），直到下一次写入操作。2）速度：SRAM 的访问速度比 DRAM 快得多，因为它 不需要周期性的刷新，数据的读取和写入可以直接进行。3）成本：其制造成本较高，单位容 量 SRAM 通常比 DRAM 更昂贵。4）功耗：SRAM 在保持数据时不需要额外的能耗，但在写入数 据时功耗较高。5）应用场景：由于其高速特性，SRAM 通常用于对速度要求极高的场合，如 CPU 的高速缓存（L1 和 L2 缓存）。6）容量：SRAM 的存储容量通常小于 DRAM，因为它的每个 存储单元都比 DRAM 的存储单元占用更多的硅片面积。7）易失性：电源断开后，存储在 SRAM 中的数据会丢失。8）集成度：SRAM 通常集成在微处理器或其他集成电路中，用于提供快速 的数据访问能力。9）稳定性：SRAM 的稳定性较高，它不像 DRAM 那样容易受到软错误的影响， 软错误通常由 α 粒子或其他形式的辐射引起。10）设计难度：SRAM 的设计通常比 DRAM 简单， 因为它不需要刷新机制。

闪存可根据半导体芯片内的电路排列方式进行分类。垂直排列的闪存称为 NAND 闪存，水平 排列的闪存称为 NOR 闪存。NAND 闪存易于增加容量，改写速度快，用于大容量数据存储，常 见于固态硬盘（SSD）、智能手机存储等。NOR 闪存读取速度快，用于需要快速随机访问的应 用，如嵌入式系统、启动存储器等。 NAND 闪存（NAND Flash Memory）是一种半导体单元串联排列的闪存。由于 NAND 闪存是垂直 排列单元（即存储单位）的结构，因此可以在狭小的面积上制作很多单元，从而实现大容量 存储。此外，NAND 闪存由于按顺序读取数据，读取速度比 NOR 闪存慢，但因为无需记住每个 单元的地址，所以改写速度会快得多。因为 NAND 闪存可以实现小型化和大容量化，它被用作 各种移动设备和电子产品的存储设备。 根据每个存储单元存储的数据数量，NAND Flash 可以分为 SLC、MLC、TLC、QLC。SLC （SingleLevel Cell）为每个存储单元存储的数据只有 1 位，即只有 0/1 两种状态，而 MLC （Multi-Level Cell）、TLC（Triple-Level Cell）、QLC（Quad-Level Cell）每个存储单元 能存储的数据分别为 2 位、3 位与 4 位，可以有 4 种、8 种与 16 种状态，存储空间迅速增加。 四种类型的 NAND Flash 性能各有不同。SLC 单位容量的成本相对于其他类型 NAND Flash 成 本更高，但其数据保留时间更长、读取速度更快；QLC 拥有更大的容量和更低的成本，但由 于其可靠性低、寿命短等缺点，仍有待后续发展。目前主流的解决方案为 MLC 与 TLC 。

NOR 闪存（NOR Flash Memory）是在半导体中单元被水平排列的一种闪存。NOR 闪存的存储 单元是水平排列的，因此它具有比 NAND 闪存读取速度更快的结构，能够更快地确定数据的 位置。此外，它还能为数据提供高安全性。不过，由于必须记住每个单元的位置，电路比较 复杂。因此，由于数据存储空间是有限的，很难将其发展为大容量存储。另外，所有数据必 须在找到特定入速单元的位置后才写入，因此其写度比 NAND 闪存更慢。 EEPROM 则是一种支持电可擦除和即插即用的非易失性存储器它能够在断电的情况下保留存 储的信息数据，且拥有体积小、功耗低、接口简单、可在线改写等优势，被广泛应用在手机、 计算机及周边、工业控制、穿戴设备和汽车电子领域。

按照芯片种类的发展过程看，存储的发展可以分为三个阶段： （1）1990 年以前，DRAM 为存储芯片市场上主要的产品，且伴随少量的 EPROM 和 EEPROM； （2）1990 年至 2000 年，NOR Flash 开始逐步占据一定比例的市场份额； （3）2000 年以后，NAND Flash 开始爆发式增长，其市场规模直逼 DRAM,而 NOR Flash 的市 场规模于 2006 年达到顶峰后开始逐渐下滑，后因 AIoT 等需求又有上升趋势。

按照存储芯片行业的霸主易位的过程，存储芯片行业的历程可以概括为从美国起源，到日本 的崛起，再到韩国的主导。

存储芯片行业的起源可以追溯到 20 世纪 60 年代。美国作为半导体技术的发源地，拥有强大 的技术基础和创新能力。1966 年，IBM 的罗伯特·丹纳德发明了 DRAM（动态随机存取存储器）， 这标志着现代存储芯片技术的诞生。随后，美国公司如英特尔、德州仪器和莫斯泰克等开始 大规模生产 DRAM，并在全球市场上占据主导地位。

进入 1980 年代，日本政府通过 VLSI（超大规模集成电路）技术研究协会等组织，推动了国 内半导体产业的快速发展。日本企业如东芝、日立、NEC 等通过技术创新、严格的质量控制 和有效的成本管理，逐渐在存储芯片领域取得了竞争优势。到了 1980 年代中期，日本企业在 全球 DRAM 市场的份额超过了美国，成为全球存储芯片行业的领导者。

韩国的存储芯片行业起步较晚，但发展迅速。韩国政府通过提供财政支持、税收优惠等政策， 鼓励国内企业发展半导体产业。三星电子（Samsung Electronics）和 SK 海力士（SK Hynix） 等韩国企业通过大规模投资、技术引进和自主研发，逐渐在技术上赶超日本企业。特别是在 1990 年代，韩国企业采取了“反周期投资”策略，在市场低迷时期加大投资，扩大产能，从而 在市场复苏时获得了巨大的竞争优势。在全球个人电脑和移动通信市场的快速增长期间，韩 国企业凭借其高效率的生产和先进的制程技术，逐渐取代了日本企业在全球存储器市场的领 导地位。 存储芯片行业的中心转移是一个复杂的过程，涉及技术创新、产业政策、市场竞争和国际政 治经济环境等多个因素的相互作用。随着中国等新兴市场的崛起，未来产业格局可能再次发 生变化。 中国半导体产业起步较晚，市场竞争力快速提升。2010 年后，中国政府实施了一系列政策， 如“国家集成电路产业发展规划”等，旨在推动本土半导体产业的发展。这一时期，中国存储 芯片行业开始加速发展。2016 年被称为中国大陆存储器产业发展的元年，中国大陆三大存储 器公司晋华集成、合肥长鑫和长江存储在这一年相继成立。2019 年是中国大陆存储芯片产业 化元年，长江存储 32 层 3D NAND 闪存芯片实现量产，并宣布 64 层 256Gb TLC 3D NAND 闪存 芯片投产；合肥长鑫宣布首个 19 纳米工艺制造的 8Gb DDR4 产品。