存储器分为易失性存储器(内存)和非易失性存储器(外存)两个大类,前者在掉电时数据会立即消失,后者则不受断电影响,持久储存数据。
一、SRAM(静态随机存取存储器)和DRAM(动态随机存取存储器)
SRAM的基本单元则最少由6管晶体管组成:4个场效应管(M1, M2, M3, M4)构成两个交叉耦合的反相器,2个场效应管(M5, M6)用于读写的位线(Bit Line)的控制开关,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”。除了6管,SRAM还可以使用8管、10管甚至更多晶体管组成。
DRAM由许多重复的位元格(Bit Cell)组成,每一个基本单元由一个电容和一个晶体管构成(又称1T1C结构),电容用充放电对应二进制数0和1,晶体管用来控制电容充放电。由于电容会存在漏电现象,DRAM必须在数据改变或断电前进行充电保持电势(即充电),否则就会丢失数据,因此DRAM被称为“动态随机存储器”。
DRAM结构简单,能够拥有非常高的密度,单位体积的容量较高,成本较低,不过DRAM访问速度较慢,耗电量较大,SRAM特性则与之完全相反。
SRAM除了能够应用在缓存中,一般还会用在FPGA内,由于查找表(LUT)主要适合SRAM生产,目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺。SRAM速度够快,通常作为中央处理器(CPU)的缓存使用,DRAM价格低廉、容量大,通常用作内存。SRAM价格昂贵,市场不大,预估2025年市场规模5.3亿美元。
DRAM未来市场广阔,2022年DRAM产业全球总产值将达915.4亿美元。
SRAM的主要供应商:瑞萨电子(Renesas)、赛普拉斯(Cypress,被英飞凌收购)、安森美半导体(ONsemi)、微芯半导体(Microchip)等国外厂商为主。国内矽成(ISSI已被君正收购)。
DRAM市场玩家主要有:三星电子、海力士、美光、南亚、华邦、合肥长芯、福建晋华、东芯半导体、紫光国芯、兆易创新、北京君正等。
二、EEPROM和Norflash,NAND flash
EEPROM:是一种支持电可擦除和即插即用的非易失性存储器,具有体积小、接口简单、数据保存可靠、可在线改写、功耗低等特点。
NOR Flash:属于代码型闪存 芯片,是嵌入式存储芯片 领域主要的应用技术之一,用来存储代码及部分数据,具备随机存储、可靠性高、读取速度快、可执行代码等特性,在中低容量应用时具备性能和成本上的优势。由于终端电子产品有内部指令执行、系统数据交换、用户数据存储、厂商配置数据存储等需求,必需配备相应容量的代码存储器和数据存储器,因此是不可或缺的重要元器件。
NAND Flash:属于数据型闪存芯片,是海量数据的核心,可以实现大容量存储、高写入和擦除速度,多应用于大容量数据存储。拥有SLC、MLC、TLC、QLC四种不同存储技术,依次代表每个存储单元存储的数据分别为1位、2位、3位与4位。由SLC到QLC存储密度逐步提升,单位比特(Bit)成本也会随之降低。但相对的,性能、功耗、可靠性与P/E循环(擦写循环次数,即寿命)会下降。
EEPROM与NOR Flash拥有一定重合度,业界也曾讨论过利用NOR Flash替代EEPROM。不过相较于NOR Flash,EEPROM容量更小、擦写次数更高,因此拥有将近四十年历史的EEPROM仍然没有被淘汰,有些应用仍然需要它。中控制芯片的辅助芯片,解决模组芯片的数据存储需求,比如智能手机摄像头模组内存储镜头与图像的矫正参数、液晶面板内存储参数和配置文件、蓝牙模块内存储控制参数、内存条温度传感器内存储温度参数等。
NOR Flash主要应用在低功耗蓝牙模块、TWS耳机、手机触控和指纹、TDDI(触屏)、AMOLED(有源矩阵有机发光二极体面板)、可穿戴设备、车载导航和安全芯 片等领域。
EEPROM的全球市场规模仅为7.14亿美元,国外厂商包括意法半导体(ST)、Microchip(Microchip,收购Atmel)、安森美半导体(ONsemi)、ABLIC(艾普凌科)、Rohm(罗姆半导体),近几年基本没有新品推出。国内方面聚辰半导体跻身全球前三,辉芒微电子、上海复旦微、华虹半导体作为老牌厂商一直占有一定份额。
目前,三星电子、铠侠、西部数据、美光科技、英特尔和SK海力士六家企业在全球NAND Flash市场合计份额达98%以上,且均为IDM厂商。