alias: 存储
半导体存储器
- RAM（Random Access Memory）
- ROM（Read Only Memory）

alias: 存储

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上一篇章，我们说了全球前十大半导体中，主营逻辑 IC 的厂商有六家，而主营存储器件的有三家（三星、海力士、镁光），而且这三家均进入排名前五，三星更是继 2018 年以后，再一次超越英特尔，成为全球半导体 Top1。可以说，存储器件是当前半导体产业最为火热赚钱的板块。

个人以为，存储器件的需求增长，是跟过往几年移动互联网发展息息相关的。

企业端，基于短视频的应用兴起（如抖音、快手、B 站)，移动互联网厂家的云存储需求，每年都在保持着极速的增长态势，国内阿里等和国外亚马逊、微软等均纷纷加大云服务器的投入，短视频的龙头字节跳动去年抛弃阿里云，投入百亿自建服务器，存储容量以 TB 为计算。个人消费端，智能手机容量也在逐年增长，多数旗舰机基本上以 128GB 起步。手提电脑也正在以 SSD(固态硬盘) 逐步替代了过往的机械硬盘 (存储介质不属于半导体范畴)。在以上诸多因素叠加的情况下，半导体存储期间需求正在逐年快速攀升。

本书出版机构是东芝电子部门，近几年，东芝半导体产品中，像是分立、逻辑、光电在市场上竞争力说不上很强，但存储器件却是仍然保留了强大的竞争力，特别是在 Nand Flash 板块，如下 Nand Flash 排名中，除了东芝（已更名为凯侠 Kioxia）20% 占比，西数（原闪迪）占比 14.4% 其实生产方也是东芝，所以东芝系在 Nand Flash 占比是超过三星。但可惜的是，东芝没有 DRAM 产品，导致在存储厂商竞争中，相较于三星、海力士、美光，东芝存储整体营收处于劣势地位。

至于东芝为啥没有经营 DRAM，有个道听途说的版本说是，东芝认为 Flash 技术发展到某个节点，其数据刷新速度是能赶上并超过 DRAM，届时电子产品的存储将只存在 Flash 而无需 DRAM（运存）。然而现实是，Flash 的刷新速度仍然比不上 DRAM，大量电子产品系统运行时，所需的运存刷新速率和容量也一再攀升，从 DDR1 到 DDR2，再到 DDR3 和 DDR4，以及 LPDDRX 等需求。

图解半导体制程概论（五） - 图1

另外，众所周知的是，半导体生产属于能源密集型的产业，尤其像是存储器件和 CPU 这类高制程的生产。

而同样众所周知的是，存储器件工厂是尤其容易发生火灾，这每次一发生火灾啊，价格就开始上涨了。

半导体工厂频频失火，究竟是不是套路？

存储器件的技术和市场发展很快速，本书成稿于 2005 年之前，当时存储还处于微米转纳米阶段，技术原理仍然比较相通，但新技术发展的内容是滞后的。鉴于此，我根据自己过往接触的市场信息和技术发展情况，重新整理了一份存储器件的分类：

图解半导体制程概论（五） - 图2

热门存储器件，市场和应用简介：

SSD 固态硬盘 for 个人电脑和服务器，以更快的读写速率和稳定性，逐步替代原有的机械硬盘 HDD ——这也是为什么西数会高价收购闪迪的主要原因，毕竟机械硬盘的市场份额在逐年下降中

LPDDR4、eMMC、eMCP、3D NAND 等，很大程度是为了满足手机等终端应用的更小尺寸、更低功耗、更快读写速度的需求，故而一再提升存储器件的集成度，以及提升先进制程（制程主流发展到 14~30nm，仅次于手机和电脑 CPU 的制程需求）

DDR3 for 安防监控等中型电子产品，容量和制程相对落后于以上两者，但优势在于技术成熟，价格较低

Nor Flash for 家电 / 可穿戴等小容量的应用，容量以 MB 为单位，而非 NAND 动辄 GB or TB，该市场国外厂商已逐步推出，由大陆和台企厂商逐步主导。市场偏小众，仅占存储市场的 1% 左右。

图解半导体制程概论（五） - 图3 图解半导体制程概论（五） - 图4

半导体存储器

半导体存储器是具备可以储存图像数据或文字数据、程序等信息，在必要时取出的功能的器件。

半导体存储器大体分为可高速写入和读取的 RAM（Random Access Memory）和主要进行读取用的 ROM（Read Only Memory）.

图解半导体制程概论（五） - 图5

图解半导体制程概论（五） - 图6

图解半导体制程概论（五） - 图7

RAM（Random Access Memory）

RAM 包括切断电源后数据就会消失的挥发性 DRAM（Dynamic RAM）和 SRAM（Static RAM），还有==可以保存数据的非挥发性 ==FeRAM(Ferroelectric RAM)、MRAM（Magnetic RAM）。

DRAM（Dynamic RAM）

DRAM 的每一个记忆单元（存储单元）由 1 个晶体管和 1 个电容器构成，集成度比较好。因此比特单价也比较低，在需要大容量存储器的系统中被广泛使用。

DRAM 用电荷将信息存储在电容器内，因此长时间放置不用的话，微小的漏电电流会令信息丢失。因此，需要定期将同一信息再次写入。

这个再次写入的动作叫做更新。此外，由于是一直工作的，因此称为动态 RAM。DRAM 中很多具有设为待机状态后自动进行更新操作的功能，这称为自更新动作。

DRAM 的单元结构基本不变，但单元以外的电路（外围电路）会有不同，可分成 SDR、DDR（后面介绍）等产品。

此外，还有用信息包方式读取数据的 RDRAM、接口可以和 SRAM 同等处理的疑似静态 SRAM 等。

图解半导体制程概论（五） - 图8

图解半导体制程概论（五） - 图9

SDRAM（Synchronous DRAM：同步性 DRAM）

为了高速执行 DRAM 的突发大量存取，使数据的读写和时钟同步。

DDR SDRAM（Double Date Rate SDRAM）：为了使同步性 DRAM 进一步高速化，在时钟的上升和下降同步读取数据。现在，更高性能的 DDR-H 规格已经成为主流。
RDRAM（Rambus DRAM）：RDRAM 是由美国的 Rambus 公司提出规格方案的具有高速传输数据特征的 DRAM。以往的 DRAM 根据 RAS（Row Address Strobe）、CAS（Column Address Strobe）等控制端子的输入时间来规定动作。

RDRAM 中，没有这些控制端子以及地址输入端子，被称为和时钟同步的要求信息包的数据（命令）传输到存储器内，根据该命令执行读取、写入动作。

该动作叫做协议方式。在使用协议方面，RDRAM 和以往的 DRAM 有很大的不同。现在已经开发出从 RDRAM 发展而来的 XDRDRAM，并得到实际应用。