存儲芯片作為手機、電腦等各類電子設(shè)備實現(xiàn)存儲功能的主要部件,存儲芯片是應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)性通用芯片之一,其全球市場長期由三星、SK海力士、美光等美韓企業(yè)占據(jù)。從上世紀(jì)90年代至今,歷經(jīng)30余年的試錯、追趕、堅持,中國存儲芯片企業(yè)終于占有了一席之地。
存儲芯片是什么?
存儲芯片,也叫半導(dǎo)體存儲器,是以半導(dǎo)體電路作為存儲媒介的存儲器,用于保存二進制數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備。存儲芯片是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要分支,約占全球半導(dǎo)體市場的四分之一至三分之一。
存儲芯片行業(yè)上游主要為硅片、光刻膠、CMP拋光液等原材料以及光刻機、PVD、CVD、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備和檢測與測試設(shè)備等設(shè)備;中游為存儲芯片制造及封裝,常見的存儲芯片包括DRAM、NAND閃存芯片和NOR閃存芯片等;下游為消費電子、信息通信、高新科技技術(shù)和汽車電子等應(yīng)用領(lǐng)域。
半導(dǎo)體存儲芯片的最大貢獻是解決了海量信息的存儲問題。電子計算機的存儲器最初是機電裝置(如繼電器),后為磁性介質(zhì)(如磁鼓、磁帶、磁芯)。但磁性介質(zhì)存在體積大、質(zhì)量大、存儲量小的弊端。
1967年7月,同時發(fā)明了兩種半導(dǎo)體存儲器:一是在IBM工作的登納德發(fā)明的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM),二是在美國貝爾實驗室工作的華裔科學(xué)家施敏和韓裔科學(xué)家姜大元發(fā)明的非易性半導(dǎo)體存儲器(NVSM)。此后,日本東芝公司舛岡士雄的閃存芯片(Flash Memory)正是在NVSM原型基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。1969年,Intel研制成功64bit雙極靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)芯片C3101。幾個重量級技術(shù)的成功開發(fā)開創(chuàng)了半導(dǎo)體存儲器的先河,成為存儲芯片開發(fā)的奠基時期。
存儲芯片種類
依據(jù)存儲芯片的功能、讀取數(shù)據(jù)的方式、數(shù)據(jù)存儲的原理大致區(qū)分為易失性存儲器和非易失存儲器,易失性存儲芯片在所在電路斷電后,將無法保存數(shù)據(jù),代表性產(chǎn)品有DRAM和SRAM,其中DRAM是絕對主流,SRAM雖然讀寫速度較快,但因為集成度較低,價格相對昂貴,因此多用于CPU的一、二級緩存。非易失性存儲芯片在所在電路斷電后,仍保有數(shù)據(jù),代表性產(chǎn)品為NAND FLASH和NOR FLASH。
- 揮發(fā)性存儲芯片分為 DRAM 和 SRAM:DRAM 具有讀寫速度慢、成本低的特點,常用于容量大的主存,如 PC、手機、服務(wù)器內(nèi)存等,也是整個存儲芯片市場占比最大的產(chǎn)品;SRAM 則具有制造成本高、讀寫速度快的特點,常用作高速緩沖存儲器,如 CPU 的一、二 級緩存等,全球市場規(guī)模相對較小,僅約數(shù)億美元。
- 非揮發(fā)性存儲芯片中 Flash(閃存)芯片占比最大,具體又分為 NOR Flash 和 NAND Flash:NOR Flash 即代碼型閃存芯片,特點在于讀取速度快、可靠性強、壽命長,以及地址線和數(shù)據(jù)線分開因而應(yīng)用程序可以直接在 NOR Flash運行,主要用來存儲代碼及少量數(shù)據(jù),全球市場規(guī)模約25億美元;NAND Flash即數(shù)據(jù)型閃存芯片,全球市場規(guī)模約 550 億美元,其中主要為大容量 NAND Flash,包含 MLC/TLC 2D NAND 或 3D NAND,擦寫次數(shù)從幾百次至數(shù)千次,多應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲(如固態(tài)硬盤 SSD),而占比較小的小容量 NANDFlash 主要是 SLC 2D NAND,可靠性更高,擦寫次數(shù)達到數(shù)萬次以上。