眾所周知，存儲(chǔ)芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)里的一大分支，而且隨著信息時(shí)代的到來，地位越來越重要。近十年來，存儲(chǔ)器的市場(chǎng)規(guī)模步步攀升，現(xiàn)在已經(jīng)占到了半導(dǎo)體總體的30%多。今天就來淺淺地聊一下存儲(chǔ)器。

其實(shí)，“存儲(chǔ)”雖然是個(gè)偏技術(shù)的名詞，但也是一個(gè)非常浪漫的詞，是人類保存文明所必不可少的過程。最古老的存儲(chǔ)器可能是石器和甲骨，再然后是紙和筆，再到磁帶、光盤和U盤等等。最后這三類，就是技術(shù)時(shí)代的三種存儲(chǔ)介質(zhì)：磁性存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)芯片。

存儲(chǔ)芯片，也被稱為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，是以半導(dǎo)體電路作為存儲(chǔ)媒介的記憶設(shè)備，用于保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，用于臨時(shí)或永久地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令。

最基本的分類：RAM和ROM

存儲(chǔ)芯片通常分為兩種主要類型：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。

最直觀的理解，我們買手機(jī)的時(shí)候都要選擇的“XXGB+XXXGB”中，前面的那個(gè)指的是RAM，后面的那個(gè)指的是ROM。

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)：RAM 全稱為“Random Access Memory”，是易失性存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是斷電后會(huì)丟失數(shù)據(jù)。舉例來說，當(dāng)我們?cè)谑褂?Word 或 Excel 時(shí)，如果沒有保存文件，突然關(guān)機(jī)或斷電后再重啟，文件中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。這是因?yàn)槲覀冊(cè)跊]有點(diǎn)擊保存時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，只有在點(diǎn)擊保存后，數(shù)據(jù)才會(huì)保存到硬盤中。RAM 的每一個(gè)位單元由一個(gè)電容和一個(gè)晶體管組成，電容在斷電的情況下會(huì)漏電，因此數(shù)據(jù)會(huì)丟失。雖然 RAM 存在斷電丟失數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，但由于其讀寫速度較快，被廣泛應(yīng)用于 PC 機(jī)的內(nèi)存、智能手機(jī)和服務(wù)器，一般被用來存儲(chǔ)用戶當(dāng)前正在運(yùn)行的程序。所以我們手機(jī)中后臺(tái)運(yùn)行的程序，其實(shí)利用的是RAM的存儲(chǔ)空間。所以RAM越大，可以同時(shí)運(yùn)行的東西也就越多。

比方說，現(xiàn)在的安卓手機(jī)如果只有8G內(nèi)存，一般是不太夠用的，同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)程序，就會(huì)出現(xiàn)后臺(tái)程序被清退的情況，再切回去要重新打開應(yīng)用，非常惱火。

關(guān)于RAM，還有一個(gè)概念需要關(guān)注，也就是它的“標(biāo)準(zhǔn)”，我們常聽到的LPDDR5，說的就是標(biāo)準(zhǔn)。LPDDR全稱為“Low Power Double Data Rate SDRAM”， 它是美國 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)面向低功耗內(nèi)存而制定的通信標(biāo)準(zhǔn)，以低功耗和小體積著稱，專門用于移動(dòng)式電子產(chǎn)品。

LPDDR的版本號(hào)越高，RAM的讀寫速度就越快。LPDDR至今已經(jīng)發(fā)展到了LPDDR5，目前市場(chǎng)上的旗艦機(jī)型用的幾乎都是LPDDR5，中端機(jī)型大多數(shù)用的都是LPDDR4X或LPDDR5。

只讀存儲(chǔ)器 (ROM)：ROM全稱為“Read-Only Memory”，中文名是“只讀存儲(chǔ)器”，屬于非易失性存儲(chǔ)器。與RAM不同，存放在ROM當(dāng)中的數(shù)據(jù)可以被永久存儲(chǔ)，即使設(shè)備斷電關(guān)閉，ROM中的內(nèi)容也不會(huì)丟失。我們電腦中的硬盤所用的存儲(chǔ)芯片就是一種 ROM。ROM 的存儲(chǔ)原理是通過電子在隧穿效應(yīng)下從隧穿層進(jìn)入浮柵存儲(chǔ)起來，閾值電壓較高，對(duì)應(yīng)邏輯為 0；在向柵極施加負(fù)向偏壓時(shí)，浮柵中的電子退出隧穿層，閾值電壓較小，對(duì)應(yīng)邏輯為 1。即使電流消失，阻擋層與隧穿層也能保證浮柵中的電子不丟失，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。相比 RAM，ROM 的優(yōu)點(diǎn)在于斷電不失數(shù)據(jù)，且成本較低，但寫入速度較慢。

ROM同樣也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，也是由美國 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)制定的，目前最新的版本號(hào)為UFS 3.1。從性能上來說，從高到低依次為UFS 3.1＞UFS 3.0＞UFS 2.1＞UFS 2.0。

進(jìn)一步分類：DRAM和NAND是主流

RAM中的主要產(chǎn)品包括DRAM和SRAM，一個(gè)是“動(dòng)態(tài)”（Dynamic），一個(gè)是“靜態(tài)”（Static）。所謂的“靜態(tài)”，是指這種存儲(chǔ)器只要保持通電，里面儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。相對(duì)之下，DRAM里面所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就需要周期性地更新。然而，當(dāng)電力供應(yīng)停止時(shí)，SRAM儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)還是會(huì)消失（被稱為volatile memory）。

SRAM的集成度和功耗都不如DRAM，造價(jià)也比較高，所以SRAM主要用于高速緩存（Cache），主要是CPU和存儲(chǔ)器臨時(shí)交換數(shù)據(jù)的地方。主要的運(yùn)行存儲(chǔ)還是靠DRAM。當(dāng)前很火的HBM，實(shí)際上也是DRAM的衍生產(chǎn)品。

ROM（只讀存儲(chǔ)器）的特點(diǎn)是只能讀出而不能寫入信息，通常在電腦主板的ROM里面固化一個(gè)基本輸入/輸出系統(tǒng)，稱為BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）。其主要作用是完成對(duì)系統(tǒng)的加電自檢、系統(tǒng)中各功能模塊的初始化、系統(tǒng)的基本輸入/輸出的驅(qū)動(dòng)程序及引導(dǎo)操作系統(tǒng)。

后來，又出現(xiàn)了可以快擦除的讀寫存儲(chǔ)器，也就是閃存（Flash），關(guān)于閃存是否屬于ROM，一向存在爭(zhēng)議。閃存又分為NOR和NAND，兩者在結(jié)構(gòu)和性能表現(xiàn)上有所差別：

因?yàn)镹OR讀取快、寫入慢、造價(jià)高，所以一般用來存儲(chǔ)一些需要固定讀取的程序，比如汽車的啟動(dòng)器；NAND正相反，所以適合作為大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

近二十年來，也不斷涌現(xiàn)了一些新型的存儲(chǔ)器，希望能結(jié)合DRAM速度快和NAND不斷電的優(yōu)勢(shì)，比如之前美光與英特爾合作的3D-Xpoint、相變存儲(chǔ)器等，但都沒有達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)的要求。所以現(xiàn)在DRAM和NAND依然是存儲(chǔ)芯片中的主流產(chǎn)品，在存儲(chǔ)器市場(chǎng)中占比超過90%，DRAM略微多一點(diǎn)點(diǎn)，但在現(xiàn)在的信息社會(huì)中，普遍預(yù)測(cè)NAND將會(huì)超過DRAM。

CPU和存儲(chǔ)器是如何合作的？

主流電子產(chǎn)品中，CPU和存儲(chǔ)器可以說是最重要最核心的兩大芯片，一個(gè)負(fù)責(zé)運(yùn)算，一個(gè)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)，兩者之間的聯(lián)系也很緊密，會(huì)在電子產(chǎn)品運(yùn)行的過程中，大量交換數(shù)據(jù)。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)中，一般有幾種不同的存儲(chǔ)器，這些存儲(chǔ)器越靠近 CPU ，速度越快，容量越小，價(jià)格越貴。主要有以下幾種：

寄存器(Register)：寄存器與其說是存儲(chǔ)器，其實(shí)更像是 CPU 本身的一部分，只能存放極其有限的信息，但是速度非?？欤虲PU同步。

高速緩存(CPU Cache)：使用靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Static Random-Access Memory，簡稱SRAM）的芯片。

內(nèi)存(DRAM)：使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Dynamic Random Access Memory，簡稱DRAM）的芯片，比起 SRAM 來說，它的密度更高，有更大的容量，而且它也比 SRAM 芯片便宜不少。

硬盤：目前主要分為固態(tài)硬盤(Solid-state drive，簡稱SSD)和機(jī)械硬盤(Hard Disk Drive，簡稱HDD)。SSD的核心就是DRAM和NAND，HHD則是磁性存儲(chǔ)器，不屬于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器了，雖然造價(jià)比SSD低，但已經(jīng)逐漸被市場(chǎng)淘汰。

隨著信息社會(huì)的發(fā)展，要通過電子設(shè)備存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)越來越多，質(zhì)量越來越高，也會(huì)帶動(dòng)存儲(chǔ)器需求的繼續(xù)上漲。期待國內(nèi)的存儲(chǔ)廠商把握技術(shù)革新和迭代的機(jī)遇，縮小與國際的差距！