本日，
█ 半导体存储的分类
当代存储技能，概括来看，就分为三大部分，分别是磁性存储、光学存储以及半导体存储。
半导体存储器，简而言之，便是以“半导体集成电路”作为存储媒介的存储器。
大家如果拆开自己的U盘或SSD硬盘，就会创造里面都是PCB电路板，以及各自各样的芯片及元器件。个中有一类芯片，便是专门存储数据的，有时候也称“存储芯片”。
SSD硬盘的布局
比较传统磁盘（例如HDD硬盘），半导体存储器的重量更轻，体积更小，读写速率更快。当然了，价格也更贵。
这些年，全体社会对芯片半导体行业的关注度很高。但是，大家紧张关注的实在是CPU、GPU、手机SoC等打算类芯片。
殊不知，半导体存储器也是全体半导体家当的核心支柱之一。2021年，环球半导体存储器的市场规模为1538亿美元，占全体集成电路市场规模的33%，也便是三分之一。
2022年环球半导体紧张品类占比情形
存储器有所低落，但仍有26%
半导体存储器也是一个大类，它还可以进一步划分，紧张分为：易失落性（VM）存储器与非易失落性（NVM）存储器。
顾名思义，电路断电后，易失落性存储器无法保留数据，非易失落性存储器可以保留数据。
这个实在比较好理解。学过打算机根本知识的童鞋该当还记得，存储分为内存和外存。
内存以前也叫运行内存（运存），打算机通电后，合营CPU等进行事情。断电后，数据就没有了，属于易失落性（VM）存储器。
而外存呢，也便是硬盘，存放了大量的数据文件。当打算机关机后，只要你实行了保存（写入）操作，数据就会连续存在，属于非易失落性（NVM）存储器。
请大家把稳：现在很多资料也将半导体存储器分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），大家该当很耳熟吧？
ROM只读存储器：很好理解，可以读取，不可以写入。
RAM随机存取存储器：指的是它可以“随机地从存储器的任意存储单元读取或写入数据”，这是相对传统磁存储必须“顺序存取（Sequential Access）”而言的。
有些人认为，易失落性存储器便是RAM，非易失落性存储器便是ROM。实在，这是不严谨的，缘故原由待会会讲。
█ 易失落性存储器（VM）
在过去几十年内，易失落性存储器没有特殊大的变革，紧张分为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）。
DRAM
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构造）。电容中存储电荷量的多寡，用于表示“0”和“1”。而晶体管，则用来掌握电容的充放电。
图片来源：Lam Research
由于电容会存在泄电征象。以是，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。
因此，DRAM才被称为“动态”随机存储器。
DRAM一贯是打算机、手机内存的主流方案。打算机的内存条（DDR）、显卡的显存（GDDR）、手机的运行内存（LPDDR），都是DRAM的一种。（DDR基本是指DDR SDRAM，双倍速率同步动态随机存储器。）
值得一提的是，显存这边，除了GDDR之外，还有一种新型显存，叫做HBM（High Bandwidth Memory）。它是将很多DDR芯片堆叠后，与GPU封装在一起构成的（外不雅观上看不到显存颗粒了）。
SRAM
SRAM大家可能比较陌生。实在，它便是我们CPU缓存所利用的技能。
SRAM的架构，比DRAM繁芜很多。
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）的掌握开关，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存储单元
SRAM不须要定期刷新，相应速率快，但功耗大、集成度低、价格昂贵。
以是，它紧张用于CPU的主缓存以及赞助缓存。此外，还会用在FPGA内。它的市场占比一贯都比较低，存在感比较弱。
█ 非易失落性存储器（NVM）
接下来，再看看非易失落性存储器产品。
非易失落性存储器产品的技能路线，就比较多了。最早期的，便是前面所说的ROM。
最老式的ROM，那是“真正”的ROM——完备只读，出厂的时候，存储内容就已经写去世了，无法做任何修正。
这种ROM，灵巧性很差，万一有内容写错了，也没办法纠正，只能废弃。
掩模型只读存储器（MASK ROM），便是上面这种ROM的代表。说白了，便是直接用掩膜工艺，把信息“刻”进存储器里面，让用户无法变动，适宜早期的批量生产。
后来，专家们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。这种ROM一样平常只可以编程一次。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）的办法，熔断熔丝，可以达到改写数据的效果。
PROM的灵巧性，比ROM更高一些，但还是不足。最好是能够对数据进行修正，于是，就有专家发明了EPROM（Erasable Programmable，可擦除可编程ROM）。
擦除的办法，可以是光，也可以是电。电更方便一点，采取电进行擦除的，就叫做EEPROM（电可擦除可编程EEPROM）。
EEPROM因此Byte为最小修正单位的。也便是说，可以往每个bit中写0或者1，便是按“bit”读写，不必将内容全部擦除后再写。它的擦除操作，也因此“bit”为单位，速率还是太慢了。
上世纪80年代，日本东芝的技能专家——舛冈富士雄，发明了一种全新的、能够快速进行擦除操作的存储器，也便是——Flash（闪存）。
Flash在英文里，便是“快速地”的意思。Flash存储因此“块”为单位进行擦除的。
常见的块大小为128KB和256KB。1KB是1024个bit，比起EEPROM按bit擦除，快了几个数量级。
目前，FLASH的主流代表产品也只有两个，即：NOR Flash和NAND Flash。
NOR Flash
NOR Flash属于代码型闪存芯片，其紧张特点是芯片内实行（XIP，Execute In Place），即运用程序不必再把代码读到系统RAM中，而是可以直接在Flash闪存内运行。
以是，NOR Flash适宜用来存储代码及部分数据，可靠性高、读取速率快，在中低容量运用时具备性能和本钱上的上风。
但是，NOR Flash的写入和擦除速率很慢，而且体积是NAND Flash的两倍，以是用场受到了很多限定，市场占比比较低。
早期的时候，NOR Flash还会用在高端手机上，但是后来，智能机开始引入eMMC后，连这块市场也被排挤了。
近年来，NOR Flash的运用有所回升，市场回暖。低功耗蓝牙模块、TWS耳机、手机触控和指纹、可穿着设备、汽车电子和工业掌握等领域，利用NOR Flash比较多。
NAND Flash
比较之下，NAND Flash的市场占比就大了很多。
NAND Flash属于数据型闪存芯片，可以实现大容量存储。
它以页为单位读写数据，以块为单位擦除数据，故其写入和擦除速率虽比DRAM大约慢3-4个数量级，却也比传统的机器硬盘快3个数量级，被广泛用于eMMC/EMCP、U盘、SSD等市场。
前面提到了eMMC。前几年，这个词还是挺火的。
eMMC
eMMC即嵌入式多媒体卡（embedded Multi Media Card），它把MMC（多媒体卡）接口、NAND及主掌握器都封装在一个小型的BGA芯片中，紧张是为理解决NAND品牌差异兼容性等问题，方便厂商快速简化地推出新产品。
而eMCP，是把eMMC与LPDDR封装为一体，进一步减小模块体积，简化电路连接设计。
2011年，UFS（Universal Flash Storage，通用闪存存储）1.0标准出身。后来，UFS逐渐取代了eMMC，成为智好手机的主流存储方案。当然了，UFS也是基于NAND FLASH的。
这些年主流手机的标配
SSD，大家该当很熟习了。它基本上都是采取NAND芯片的，目前发展非常迅猛。
SSD内部布局
根据内部电子单元密度的差异，NAND又可以分为SLC（单层存储单元）、MLC（双层存储单元）、TLC(三层存储单元、QLC（四层存储单元），依次代表每个存储单元存储的数据分别为1位、2位、3位、4位。
由SLC到QLC，存储密度逐步提升，单位比特本钱也会随之降落。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）会低落。
这几年，DIY装机圈环绕SLC/MLC/TLC/QLC的争议比较大。一开始，网友们以为SSD硬盘的寿命会缩水。后来创造，彷佛缩水也没那么严重，寿命仍旧够用。以是，也就逐步接管了。
早期的NAND，都是2D NAND。工艺制程进入16nm后，2D NAND的本钱急剧上升，平面微缩工艺的难度和本钱难以承受。于是，3D NAND涌现了。
图片来源：electronics-lab
大略来说，便是从平房到楼房，利用立体堆叠，提升存储器容量，减小2D NAND的工艺压力。
2012 年，三星推出了第一代3D NAND闪存芯片。后来，3D NAND技能不断发展，堆叠层数不断提升，容量也越来越大。
█ 新型存储器（非易失落性）
2021年，美国IBM提出“存储级内存〞（SCM, Storage-Class Memory）的观点。IBM认为，SCM能够取代传统硬盘，并对DRAM起到补充浸染。
SCM的背后，实在是行业对新型存储器（介质）的探索。
按行业的共识，新型存储器可以结合了DRAM内存的高速存取，以及NAND闪存在关闭电源之后保留数据的特性，冲破内存和闪存的界线，使其合二为一，实现更低的功耗，更长的寿命，更快的速率。
目前，新型存储器紧张有这么几种：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），碳纳米管存储器。
限于篇幅，本日就纷歧一先容了。
█ 结语
汇总一下，
上面这个图里，存储器类型很多。但我前面也说了，大家重点看DRAM、NAND Flash和NOR Flash就可以了。由于，在现在的市场上，这三种存储器占了96%以上的市场份额。
实在，所有的存储器，都会基于自己的特性，在市场中找到自己的位置，发挥自己的代价。
一样平常来说，性能越强的存储器，价格就越贵，会越离打算芯片（CPU/GPU等）越近。性能弱的存储器，可以承担一些对存储时延哀求低，写入速率不敏感的需求，降落本钱。
打算机系统中的范例存储器层次构造
图片来源：果壳硬科技
半导体存储技能演进的过程，实在一贯都受益于摩尔定律，在不断提升性能的同时，降落本钱。今后，随着摩尔定律逐渐失落效，半导体存储技能将会走向何方，新型存储介质能够崛起？让我们拭目以待。
来源：鲜枣教室 ，作者：小枣君
