存儲器分為易失性存儲器(內(nèi)存)和非易失性存儲器(外存)兩個大類,前者在掉電時數(shù)據(jù)會立即消失,后者則不受斷電影響,持久儲存數(shù)據(jù)。
一、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)和DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)
SRAM的基本單元則最少由6管晶體管組成:4個場效應(yīng)管(M1, M2, M3, M4)構(gòu)成兩個交叉耦合的反相器,2個場效應(yīng)管(M5, M6)用于讀寫的位線(Bit Line)的控制開關(guān),通過這些場效應(yīng)管構(gòu)成一個鎖存器(觸發(fā)器),并在通電時鎖住二進制數(shù)0和1,因此SRAM被稱為“靜態(tài)隨機存儲器”。除了6管,SRAM還可以使用8管、10管甚至更多晶體管組成。
DRAM由許多重復(fù)的位元格(Bit Cell)組成,每一個基本單元由一個電容和一個晶體管構(gòu)成(又稱1T1C結(jié)構(gòu)),電容用充放電對應(yīng)二進制數(shù)0和1,晶體管用來控制電容充放電。由于電容會存在漏電現(xiàn)象,DRAM必須在數(shù)據(jù)改變或斷電前進行充電保持電勢(即充電),否則就會丟失數(shù)據(jù),因此DRAM被稱為“動態(tài)隨機存儲器”。
DRAM結(jié)構(gòu)簡單,能夠擁有非常高的密度,單位體積的容量較高,成本較低,不過DRAM訪問速度較慢,耗電量較大,SRAM特性則與之完全相反。
SRAM除了能夠應(yīng)用在緩存中,一般還會用在FPGA內(nèi),由于查找表(LUT)主要適合SRAM生產(chǎn),目前大部分FPGA都是基于SRAM工藝。SRAM速度夠快,通常作為中央處理器(CPU)的緩存使用,DRAM價格低廉、容量大,通常用作內(nèi)存。SRAM價格昂貴,市場不大,預(yù)估2025年市場規(guī)模5.3億美元。
DRAM未來市場廣闊,2022年DRAM產(chǎn)業(yè)全球總產(chǎn)值將達(dá)915.4億美元。
SRAM的主要供應(yīng)商:瑞薩電子(Renesas)、賽普拉斯(Cypress,被英飛凌收購)、安森美半導(dǎo)體(ONsemi)、微芯半導(dǎo)體(Microchip)等國外廠商為主。國內(nèi)矽成(ISSI已被君正收購)。
DRAM市場玩家主要有:三星電子、海力士、美光、南亞、華邦、合肥長芯、福建晉華、東芯半導(dǎo)體、紫光國芯、兆易創(chuàng)新、北京君正等。
二、EEPROM和Norflash,flash
EEPROM:是一種支持電可擦除和即插即用的非易失性存儲器,具有體積小、接口簡單、數(shù)據(jù)保存可靠、可在線改寫、功耗低等特點。
NOR Flash:屬于代碼型芯片,是嵌入式領(lǐng)域主要的應(yīng)用技術(shù)之一,用來存儲代碼及部分?jǐn)?shù)據(jù),具備隨機存儲、可靠性高、讀取速度快、可執(zhí)行代碼等特性,在中低容量應(yīng)用時具備性能和成本上的優(yōu)勢。由于終端電子產(chǎn)品有內(nèi)部指令執(zhí)行、系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換、用戶數(shù)據(jù)存儲、廠商配置數(shù)據(jù)存儲等需求,必需配備相應(yīng)容量的代碼存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,因此是不可或缺的重要元器件。
NAND Flash:屬于數(shù)據(jù)型閃存芯片,是海量數(shù)據(jù)的核心,可以實現(xiàn)大容量存儲、高寫入和擦除速度,多應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲。擁有SLC、MLC、TLC、QLC四種不同存儲技術(shù),依次代表每個存儲單元存儲的數(shù)據(jù)分別為1位、2位、3位與4位。由SLC到QLC存儲密度逐步提升,單位比特(Bit)成本也會隨之降低。但相對的,性能、功耗、可靠性與P/E循環(huán)(擦寫循環(huán)次數(shù),即壽命)會下降。
EEPROM與NOR Flash擁有一定重合度,業(yè)界也曾討論過利用NOR Flash替代EEPROM。不過相較于NOR Flash,EEPROM容量更小、擦寫次數(shù)更高,因此擁有將近四十年歷史的EEPROM仍然沒有被淘汰,有些應(yīng)用仍然需要它。中控制芯片的輔助芯片,解決模組芯片的數(shù)據(jù)存儲需求,比如智能手機攝像頭模組內(nèi)存儲鏡頭與圖像的矯正參數(shù)、液晶面板內(nèi)存儲參數(shù)和配置文件、藍(lán)牙模塊內(nèi)存儲控制參數(shù)、內(nèi)存條溫度傳感器內(nèi)存儲溫度參數(shù)等。
NOR Flash主要應(yīng)用在低功耗藍(lán)牙模塊、TWS耳機、手機觸控和指紋、TDDI(觸屏)、AMOLED(有源矩陣有機發(fā)光二極體面板)、可穿戴設(shè)備、車載導(dǎo)航和安片等領(lǐng)域。
EEPROM的全球市場規(guī)模僅為7.14億美元,國外廠商包括意法半導(dǎo)體(ST)、Microchip(Microchip,收購Atmel)、安森美半導(dǎo)體(ONsemi)、ABLIC(艾普凌科)、Rohm(羅姆半導(dǎo)體),近幾年基本沒有新品推出。國內(nèi)方面聚辰半導(dǎo)體躋身全球前三,輝芒微電子、上海復(fù)旦微、華虹半導(dǎo)體作為老牌廠商一直占有一定份額。
目前,三星電子、鎧俠、西部數(shù)據(jù)、美光科技、英特爾和SK海力士六家企業(yè)在全球NAND Flash市場合計份額達(dá)98%以上,且均為IDM廠商。