總算有篇文章把存儲(chǔ)芯片講的七七八八啦

來源：大D談芯

一、 什么是存儲(chǔ)芯片

1. 存儲(chǔ)芯片的定義

2. 操作方式：

1) ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

2) FPGA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

二、 存儲(chǔ)芯片的分類

三、 存儲(chǔ)芯片的發(fā)展歷史

四、 技術(shù)發(fā)展趨勢

1. Nor Flash

1) NOR Flash制程進(jìn)展緩慢

2) SPI接口技術(shù)優(yōu)化NOR Flash效率

2. DRAM

1) DRAM制程進(jìn)入1z時(shí)代

2) DRR系列性能持續(xù)優(yōu)化

3) DRR5：更高的帶寬，更快的速率，更低的功耗

3. NAND Flash：3D垂直堆疊技術(shù)為主要發(fā)展方向

1) NAND Flash存儲(chǔ)密度不斷增加

2) 3D NAND成為主流方向

4. 新型存儲(chǔ)：打破內(nèi)外存儲(chǔ)邊界

1) 新型存儲(chǔ)有望突破內(nèi)存、外存間 “存儲(chǔ)墻”

2) PCM：高密度、低功耗的非易失存儲(chǔ)

3) FRAM:讀寫耐久的隨機(jī)存儲(chǔ)

4) MRAM：高速長壽的非易失存儲(chǔ)

5) ReRAM：高速非易失存儲(chǔ)

存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體行業(yè)中非常重要的一類產(chǎn)品，我們?nèi)粘Ｋ械碾娮釉O(shè)備基本都會(huì)用到存儲(chǔ)器。據(jù)WSTS預(yù)測，2023年全球存儲(chǔ)芯片市場規(guī)模將達(dá)到1675億美元，占比約30%；其中中國存儲(chǔ)器市場空間巨大，預(yù)計(jì)2023年國內(nèi)存儲(chǔ)芯片市場規(guī)模將達(dá)到6492億元(約942億美元)，約占全球市場的55.8%。

一、什么是存儲(chǔ)芯片

1. 存儲(chǔ)芯片的定義

存儲(chǔ)芯片，是嵌入式系統(tǒng)芯片的概念在存儲(chǔ)行業(yè)的具體應(yīng)用。因此，無論是系統(tǒng)芯片還是存儲(chǔ)芯片，都是通過在單一芯片中嵌入軟件，實(shí)現(xiàn)多功能和高性能，以及對多種協(xié)議、多種硬件和不同應(yīng)用的支持。

2.操作方式：

對存儲(chǔ)行業(yè)而言，存儲(chǔ)芯片主要以兩種方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化：

1)ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

ASIC(專用集成電路)在存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。除了可以大幅度地提高系統(tǒng)處理能力，加快產(chǎn)品研發(fā)速度以外，ASIC更適于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，根椐固定需求完成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在存儲(chǔ)行業(yè)，ASIC通常用來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)產(chǎn)品技術(shù)的某些功能，被用做加速器，或緩解各種優(yōu)化技術(shù)的大量運(yùn)算對CPU造成的過量負(fù)載所導(dǎo)致的系統(tǒng)整體性能的下降。

2)FPGA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)芯片

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是專用集成電路（ASIC）中級(jí)別最高的一種。與ASIC相比，F(xiàn)PGA能進(jìn)一步縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，具有更高的設(shè)計(jì)靈活性。當(dāng)需要改變已完成的設(shè)計(jì)時(shí)，ASIC的再設(shè)計(jì)時(shí)間通常以月計(jì)算，而FPGA的再設(shè)計(jì)則以小時(shí)計(jì)算。這使FPGA具有其他技術(shù)平臺(tái)無可比擬的市場響應(yīng)速度。新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷（多數(shù)工具以微微秒-百億分之一秒計(jì)算）的特性。

二、存儲(chǔ)芯片的分類

半導(dǎo)體存儲(chǔ)是存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域最廣、市場規(guī)模最大的存儲(chǔ)器件。按照停電后數(shù)據(jù)是否可繼續(xù)保存在器件內(nèi)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為掉電易失和掉電非易失器件；

1)易失存儲(chǔ)器在過去的幾十年里沒有特別大的變化，依然是以靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）為主；

2)非易失存儲(chǔ)器從早期的不可擦除PROM，到后來的光可擦除EPROM、電可擦除EEPROM，到現(xiàn)在的主流的Flash，技術(shù)在不斷的更新、進(jìn)步?，F(xiàn)在RAM領(lǐng)域還出現(xiàn)了鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）、相變存儲(chǔ)器（PRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（RRAM）等非易失靜態(tài)存儲(chǔ)器。

1.EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器”，可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程，一般用在即插即用。在一些所需存儲(chǔ)容量不大，并且需要頻繁更新的場合，EEPROM相比較于Flash，由于其百萬次的擦寫次數(shù)和更快速的寫入，成為更佳選擇。近年來，EEPROM除了越來越多的集成到SOC芯片中，也可搭配AMOLED、指紋、觸控、攝像頭、藍(lán)牙、無線等芯片形成模組。EEPROM以其通用性，穩(wěn)定耐用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，各種小容量規(guī)格，能滿足攝像頭模組、可穿戴設(shè)備等對參數(shù)存儲(chǔ)的要求。

2.NOR Flash應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，幾乎所有需要存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的電子設(shè)備都需要使用NOR Flash。NOR Flash的廣泛應(yīng)用，主要得益于其可芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）的特點(diǎn)。如下圖所示，F(xiàn)lash均使用浮柵場效應(yīng)管作為基本單元來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在控制柵極（Word Line與場效應(yīng)管連接處）未施加電壓時(shí)，源極和漏極之間導(dǎo)通則數(shù)據(jù)為1，中斷則為0。NOR Flash的連接方式為串聯(lián)，讀取數(shù)據(jù)不需對Word Line進(jìn)行加壓，直接測量對應(yīng)的Bit Line和Source Line之間的通斷即可獲取該存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。不僅實(shí)現(xiàn)了位讀取，還大大提高了數(shù)據(jù)讀取的速度。實(shí)現(xiàn)位讀取，程序便可在NOR Flash上運(yùn)行，即所謂的芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP）。

3.NAND Flash的連接方式為串聯(lián)，若要讀取下圖黃色Word Line（字線）的數(shù)據(jù)，需對其他所有Word Line進(jìn)行增加電壓，加壓后漏極和源極處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此NAND Flash讀取數(shù)據(jù)的最小單位是頁（即Word Line上的所有數(shù)據(jù)），無法直接運(yùn)行程序，所有數(shù)據(jù)必須先讀取到RAM上后才可運(yùn)行。從應(yīng)用形態(tài)上看，NAND Flash的具體產(chǎn)品包括USB（U盤）、閃存卡、SSD（固態(tài)硬盤），以及嵌入式存儲(chǔ)（eMMC、eMCP、UFS）等。USB屬于常見的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，閃存卡則用于常見電子設(shè)備的外設(shè)存儲(chǔ)，如相機(jī)、行車記錄儀、玩具等。

4.DRAM是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Dynamic Random Access Memory）的縮寫，主要的作用原理是利用電容內(nèi)存儲(chǔ)電荷的多寡來代表一個(gè)二進(jìn)制比特（bit）是1還是0。DRAM的特征是運(yùn)算速度快，但掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，常應(yīng)用于系統(tǒng)硬件的運(yùn)行內(nèi)存。DRAM用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)保存以及與CPU直接通訊。在計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的應(yīng)用領(lǐng)域，DRAM以內(nèi)存模組的形式出現(xiàn)。內(nèi)存模組由DRAM內(nèi)存顆粒（即內(nèi)存芯片）和內(nèi)存接口芯片以及配套的印制電路板組成。在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，DRAM直接以一顆芯片的形安裝在主板上。

uDRAM按照產(chǎn)品分類分為DDR/LPDDR/GDDR和傳統(tǒng)型（Legacy/SDR）DRAM，相對于DDR的雙倍速率（在時(shí)鐘上升沿和下降沿都可以讀取數(shù)據(jù)），傳統(tǒng)的DRAM只在時(shí)鐘上升沿讀取數(shù)據(jù)，速度相對慢。應(yīng)用領(lǐng)域相對較窄，是利基型的DRAM。DDR/LPDDR為DRAM的應(yīng)用最廣的類型，因此DRAM主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備上，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩者合計(jì)占DRAM應(yīng)用比例約為90%

5.SRAM即靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，SRAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，DRAM每隔一段時(shí)間，要刷新充電一次，否則內(nèi)部的數(shù)據(jù)即會(huì)消失。SRAM的讀寫速度非?？?，同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)完整性，由于SRAM內(nèi)部采用的是雙穩(wěn)態(tài)電路的形式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以SRAM的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。由于SRAM更快，功耗低，但由于其容量小，成本更加昂貴，所以一般應(yīng)用于帶寬要求高，功耗要求低的場景。目前SRAM基本上只用于CPU內(nèi)部的一級(jí)緩存以及內(nèi)置的二級(jí)緩存，比如作為微控制器的RAM或者cache（32bytes到128kb）

三、存儲(chǔ)芯片的發(fā)展歷史

存儲(chǔ)行業(yè)興起于1960s，是半導(dǎo)體行業(yè)重要的分支領(lǐng)域。按照產(chǎn)品周期存儲(chǔ)行業(yè)的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段。1990年以前，DRAM為存儲(chǔ)芯片市場上主要的產(chǎn)品，且伴隨少量的EPROM和EEPROM。1990年至2000年，NOR Flash開始逐步占據(jù)一定比例的市場份額。2000年以后，NAND Flash開始爆發(fā)式增長，其市場規(guī)模直逼DRAM, 而NOR Flash的市場規(guī)模于2006年達(dá)到頂峰后開始逐漸下滑，但于近兩年又開始有微小上升趨勢

參照行業(yè)玩家的變化也可以劃分為3個(gè)階段，即美國→日本→韓國。

存儲(chǔ)行業(yè)的主要玩家伴隨歷史發(fā)展發(fā)生了顯著的變化，霸主地位由一開始的美國企業(yè)（1969-1984年）逐步轉(zhuǎn)移到日本（1985-1996年），最后再轉(zhuǎn)移到韓國企業(yè)（1996-現(xiàn)在）。目前存儲(chǔ)行業(yè)的主要玩家包括韓國的三星、SK海力士；日本的東芝、鎧俠、日立、NEC；美國的美光、英特爾、西部數(shù)據(jù)等。

四、技術(shù)發(fā)展趨勢

1. Nor Flash

   
   

1)NOR Flash制程進(jìn)展緩慢

1988年，Intel推出第一款NOR Flash商用產(chǎn)品，制程為1.5微米。2005年，Intel推出65nm制程產(chǎn)品，直到2020年，65nm依然是NOR Flash主流制程,而與NOR Flash同源的閃存產(chǎn)品NAND Flash早已進(jìn)入10nm制程。市場高端玩家美光與cypress目前均已采用最先進(jìn)的45nm制程，中低端市場主要產(chǎn)商兆易創(chuàng)新與旺宏于2019年推出55nm制程，華邦預(yù)計(jì)于2021年量產(chǎn)45nm制程產(chǎn)品。

2)SPI接口技術(shù)優(yōu)化NOR Flash效率

串行外設(shè)接口(SPI)是微控制器和外圍IC（如傳感器、ADC、DAC、移位寄存器、SRAM等）之間使 用最廣泛的接口之一。4線SPI器件有四個(gè)信號(hào)：時(shí)鐘(SCLK)、片選(CS)、主機(jī)輸出 (MOSI)、從機(jī)輸 出(MISO)。主機(jī)送出CLK信號(hào)，主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)在MOSI線上傳輸，從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)在MISO線上 傳輸。與另一種同步傳輸協(xié)議I2C（并行存取方式)相比，序列式接口具有較多優(yōu)勢：其外在接腳數(shù)目更少， 降低了IC組裝及封裝的成本，占據(jù)了更小的印刷電路板面積并簡化了繞線的復(fù)雜度；由于電路設(shè)計(jì)原 因，SPI傳輸速率一般在幾十Mbps，I2C傳輸速率一般僅有400Kbps。

使用SPI接口技術(shù)的NOR Flash一般被稱為Serial NOR Flash或SPI NOR Flash，使用I2C接口技術(shù)的NOR Flash一般被稱為Parallel NOR Flash。目前，美光、賽普拉斯、華邦、旺宏等NOR Flash知名產(chǎn)商均有生產(chǎn)兩種形式的NOR Flash，兆易創(chuàng)新則專注于SPI NOR Flash。

當(dāng)前市場上以SPI為接口的NOR Flash產(chǎn)品數(shù)量較多，但根據(jù)Knowledge Sourcing Intelligence預(yù)測，并行接口的NOR Flash數(shù)量將在未來幾年有所增加。

2008 年 10 月，兆易創(chuàng)新推出國內(nèi)首款串行閃存（SPI NOR Flash）產(chǎn)品，并于12月開始量產(chǎn)。此后，公司SPI NOR Flash 產(chǎn)品不斷更新迭代。2019年4月，兆易創(chuàng)新推出八通道XSPI接口技術(shù)，大幅增加了閃存數(shù)據(jù)吞吐量。2020年7月，兆易創(chuàng)新的GD25/55 B/T/X系列1.8V產(chǎn)品（即GD25/55 LB/LT/LX）全面量產(chǎn)，其數(shù)據(jù)吞吐量分別為90Mbps，200Mbps和400Mbps。

2.DRAM

1)DRAM制程進(jìn)入1z時(shí)代

DRAM的技術(shù)發(fā)展路徑是以微縮制程來提高存儲(chǔ)密度。制程工藝進(jìn)入20nm之后，制造難度大幅提升，內(nèi)存芯片廠商對工藝的定義從具體的線寬轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰唧w制程范圍內(nèi)提升二或三代技術(shù)來提高存儲(chǔ)密度。譬如，1X/1Y/1Z是指10nm級(jí)別第一代、第二代、第三代技術(shù)，未來還有1α/1β/1γ。

目前市場上DRAM的應(yīng)用較為廣泛的制程是2Xnm和1Xnm，三星、美光、海力士等巨頭廠商均已開發(fā)出1Znm制程的DRAM。國產(chǎn)DRAM廠商合肥長鑫現(xiàn)已量產(chǎn)的DRAM為19nm制程，預(yù)計(jì)2021年可投產(chǎn)17nm DRAM，技術(shù)與國際先進(jìn)的廠商還有較大的差距。

2)DRR系列性能持續(xù)優(yōu)化

DDR是雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，在SDRAM（Synchronous DRAM）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，與SDRAM相比，它可以在一個(gè)時(shí)鐘讀寫兩次數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)傳輸速度加倍。主要應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器上。自2000年DDR1推出之后，20年內(nèi)DDR系列已更新

到了第五代，主要發(fā)展方向?yàn)楣ぷ餍侍嵘c工作電壓降低。

3)DRR5：更高的帶寬，更快的速率，更低的功耗

2018年至2020年，海力士、美光、三星先后宣布完成DDR5研發(fā)，國內(nèi)產(chǎn)商方面，瀾起科技表示將在2020年內(nèi)完成DDR5研發(fā)。相比于DDR4，DDR5具有更高的帶寬，更快的速率，更低的功耗。據(jù)固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)（JEDEC) ，DDR5突發(fā)長度增加到BL16，存儲(chǔ)區(qū)計(jì)數(shù)增加至32，為DDR4的兩倍；最高速率可達(dá)4.8Gbps，是DDR4的150%；輸入緩沖和核心邏輯的供電電壓降低至1.1V。根據(jù)IDC預(yù)測，DDR5的需求將逐步增長，在DRAM市場的占有率將于2021年達(dá)到25%，在2022年進(jìn)一步上升至44%。

3.NAND Flash：3D垂直堆疊技術(shù)為主要發(fā)展方向

1)NAND Flash存儲(chǔ)密度不斷增加

根據(jù)每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)數(shù)量，NAND Flash可以分為SLC、MLC、TLC、QLC。SLC（SingleLevel Cell）為每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)只有1位，即只有0/1兩種狀態(tài)，而MLC（Multi-Level Cell）、TLC（Triple-Level Cell）、QLC（Quad-Level Cell）每個(gè)存儲(chǔ)單元能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分別為2位、3位與4位，可以有4種、8種與16種狀態(tài)，存儲(chǔ)空間迅速增加。

四種類型的NAND Flash性能各有不同。SLC單位容量的成本相對于其他類型NAND Flash成本更高，但其數(shù)據(jù)保留時(shí)間更長、讀取速度更快；QLC擁有更大的容量和更低的成本，但由于其可靠性低、壽命短等缺點(diǎn)，仍有待后續(xù)發(fā)展。目前主流的解決方案為MLC與TLC 。

2)3D NAND成為主流方向

以往的閃存多為平面閃存，也即2D NAND，3D NAND是立體結(jié)構(gòu)的閃存。3D NAND使用多層垂直堆疊技 術(shù)，相比較于2D NAND，擁有更大的容量、更低的功耗、更好的耐用性以及更低的成本等優(yōu)點(diǎn)。具體 來說，3D NAND成本大約為2D NAND的3倍，64層3D NAND容量大約為2D NAND的三倍，隨著3D NAND層數(shù) 增加，規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢將逐漸凸顯。此外，相關(guān)測試顯示與2D NAND相比，3D NAND能夠節(jié)省約50%能耗。

目前2D NAND使用的制程工藝為14/15nm，3D NAND大多為20nm級(jí)別。同DRAM 一樣，NAND Flash 同樣采取 1X nm/1Y nm/1Z nm 進(jìn)行工藝技術(shù)的度量。不同之處在于，由于物理結(jié)構(gòu)上 NAND 不需要制作電容器，自2015年制程推進(jìn)遇到障礙時(shí)，制程工藝相對簡單的3D堆疊 技術(shù)成為新的發(fā)展方向。根據(jù)Yole，全球 3D NAND Flash 的產(chǎn)量已于2017年4季度超過2D。目前3D技 術(shù)正在穩(wěn)步推進(jìn)中，未來的發(fā)展方向就是層數(shù)的繼續(xù)堆疊。

目前，全球能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)3D NAND的公司只有三星、美光、英特爾、海力士、長江存儲(chǔ)等10幾家廠商。根據(jù)TechInsights，截止2019年末，美光、海力士、三星、西部數(shù)據(jù)等國際大廠均已成功研發(fā)100+層 的3D NAND。2020年4月，長江存儲(chǔ)也宣布成功研發(fā)128層3D NAND。

4.新型存儲(chǔ)：打破內(nèi)外存儲(chǔ)邊界

1)新型存儲(chǔ)有望突破內(nèi)存、外存間 “存儲(chǔ)墻”

當(dāng)前主流的計(jì)算系統(tǒng)都采用馮諾依曼架構(gòu)，其特點(diǎn)在于程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，與運(yùn)算控制單元相分離。為了滿足速度和容量的需求，現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)通常采取高速緩存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存儲(chǔ)(NAND Flash)的三級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。SRAM響應(yīng)時(shí)間通常在納秒級(jí)，DRAM則一般為100納秒量級(jí)，NAND Flash更是高達(dá) 100微秒級(jí)，當(dāng)數(shù)據(jù)在這三級(jí)存儲(chǔ)間傳輸時(shí)，響應(yīng)時(shí)間的差異形成“存儲(chǔ)墻”。

DRAM和NAND Flash受限于本身物理特性，難以突破“存儲(chǔ)墻”。新型存儲(chǔ)的特殊材料和結(jié)構(gòu)使 其同時(shí)具備DRAM的讀寫速率與壽命以及NAND Flash的非易失特性，理論上可以簡化存儲(chǔ)架構(gòu)將當(dāng)前的內(nèi)存和外存合并為持久內(nèi)存，從而有望消除或縮小內(nèi)存與外存間的“存儲(chǔ)墻”。目前較為流行的新型存儲(chǔ)有4種：PCM、FRAM、MRAM、ReRAM。

2)PCM：高密度、低功耗的非易失存儲(chǔ)

相變位存儲(chǔ)器(PCM: Phase-change memory)，是一種非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備。其材料為硫族化物的玻璃。硫?qū)俨ＡЫ?jīng)加熱可以改變狀態(tài)，成為晶體或非晶體，這些不同狀態(tài)具有不同的電阻特性和光學(xué)特性， PCM借此存儲(chǔ)不同的數(shù)值。PCM具有工藝尺寸小、存儲(chǔ)密度高、讀寫速度快、功耗低、可拓展性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)。

由于PCM必須逐層構(gòu)建，且每一層都必須采用關(guān)鍵的光刻和蝕刻步驟，導(dǎo)致成本與層數(shù)等比例增加， 因此其不具備垂直3D NAND的制造技術(shù)所能達(dá)到的規(guī)模效益。2015年，Intel與Micron推出3D Xpoint存儲(chǔ)器，旨在作為計(jì)算系統(tǒng)中DRAM與NAND閃存SSD之間的新增 存儲(chǔ)器層。3D Xpoint存儲(chǔ)器使用相變材料，其存儲(chǔ)量接近NAND，速度與DRAM相近，成本介于NAND和 DRAM之間。

在3D Xpoint基礎(chǔ)上，Intel與美光分別推出自己的產(chǎn)品。Intel傲騰系列產(chǎn)品都是基于3D Xpoint，包 括傲騰固態(tài)盤系列與傲騰內(nèi)存系列，其中，傲騰固態(tài)盤用于標(biāo)準(zhǔn) NAND 封裝模型中的快速存儲(chǔ)，內(nèi)存 產(chǎn)品則在DRAM總線上運(yùn)行；美光在2019年推出X100 SSD，其每秒讀寫次數(shù)最高為250萬，連續(xù)傳輸?shù)?性能約為10GB/s，兩項(xiàng)性能均創(chuàng)造了單塊SSD的新記錄。

3)FRAM:讀寫耐久的隨機(jī)存儲(chǔ)

鐵電存儲(chǔ)器（FERAM），是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,與DRAM類似，但其使用鐵電層而非介電層來實(shí)現(xiàn)它的非 易失性。FRAM的電壓、電流關(guān)系具有可用于存儲(chǔ)位的特征滯后回路。正電流使位單元處于具有正偏置的 狀態(tài)，而負(fù)電流將該位單元的狀態(tài)改變?yōu)樨?fù)偏置。

電鐵存取器的缺點(diǎn)是，它的讀取是破壞性的，每次讀取后必須通過后續(xù)寫入來抵消，以將該位的內(nèi)容恢 復(fù)到其原始狀態(tài)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有獨(dú)特的低寫入耗電性能以及寫入耐久性，F(xiàn)eRAM在+85°C下的數(shù)據(jù)保留時(shí)間超過10年（在較低溫度下長達(dá)數(shù)十年）。富士通正在開發(fā)FRAM并竭力推廣商業(yè)化進(jìn)程。

4)MRAM：高速長壽的非易失存儲(chǔ)

磁性存儲(chǔ)器 (MRAM）是一種非易失性存儲(chǔ)。共有三層，上下兩層是磁性隧道結(jié)，中間為晶體管。當(dāng)最上層磁性方向與最下層方向一致時(shí)，MTJ具有低電阻；當(dāng)最上層磁性方向與最下層方向相反時(shí)，MTJ具有高電阻。寫入數(shù)據(jù)時(shí)，通過嚴(yán)格控制電流，改變最上面一層磁場方向進(jìn)而改變晶體管電阻值。

所有新型存儲(chǔ)介質(zhì)中，MRAM是唯一一個(gè)速度可與DRAM媲美的存儲(chǔ)器。此外，MRAM具有較長的壽命，其 組成的固件就無需像基于閃存的SSD固件做磨損均衡。

目前Everspin已經(jīng)有產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天等特定領(lǐng)域，并于2019年開始與格芯合作，試生產(chǎn)28nm制程 的1Gb STT-MRAM產(chǎn)品。

5)ReRAM：高速非易失存儲(chǔ)

阻變存儲(chǔ)器 (ReRAM)是一種非易失性存儲(chǔ)器。采用兩端加了電壓，電阻會(huì)發(fā)生變化的材料，目前主要 是過渡金屬氧化物。過渡金屬氧化物的薄膜是絕緣體，其電阻值在電場作用下會(huì)發(fā)生可逆變化。即，當(dāng)電場超過臨界值時(shí)介電層會(huì)發(fā)生崩潰現(xiàn)象，使介電層從高阻值轉(zhuǎn)為低阻值阻變存儲(chǔ)器。依據(jù)電阻器 處于高電阻或低電阻狀態(tài)以表示“1”或“0”。

與PCM相比，ReRAM的運(yùn)行時(shí)間更快，與MRAM相比，ReRAM具有更簡單，更小的單元結(jié)構(gòu)。Crossbar正致力于其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，富士通和松下正在聯(lián)合加大投入開發(fā)第二代 ReRAM 器件。

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