存储器分为哪几类?_存储器的类型

一点科普：存储器 　　存储器/芯片，作为信息存储的一个载体，并不像处理器CPU一样受到重点的，但它的作用绝对不容小觑。 　　1,存储器的概念 　　存储器（Memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。 　　2,存储器的分类 　　存储器按照电源关闭后是否能够保存数据分为两类。断电后依然可以保存数据的是非易失性存储器，相反则是易失性存储器。比较熟悉的存储器包括：寄存器、缓存、系统内存（简称内存）和闪存。 　　寄存器就是register,是CPU的一部分，CPU包括运算器，控制器，还有寄存器等等，寄存器在CPU里面，它是CPU的一个组成部分，保存一些运算的结果、运行的状态。 　　跳过缓存，先说下内存和闪存。最常见的系统内存叫做DRAM（Dynamic Random Access Memory）动态随机存取存储器。随着技术的进步，传统DRAM的工作速度已经不能满足我们的要求，因此陆续发展出SDRAM、DDR、DDR2、DDR3、DDR4等。与DRAM对应的是SRAM，静态随机存取存储器。闪存用的最多的就是NAND Flash。闪存和硬盘是一个作用，在手机当中被称为闪存；在电脑当中，被称为硬盘。 　　我们现在用的那种SSD硬盘，也就是固态硬盘是区别于之前的那种机械硬盘（HDD）的。SDD硬盘用的就是NAND Flash。到了SSD阶段，硬盘就不能称之为硬盘了，因为它已经告别那种磁盘式的存储方式了，用的都是这种NAND Flash闪存的方式。 　　说回缓存，缓存的英文叫做cache，用的最多的就是跟DRAM对应的SRAM，静态随机存取存储器，跟DRAM最大的区别是，SRAM是没有电容的，而DRAM有一个充放电的过程，所以它的速度就相对于缓存来说要慢。现在的缓存都是被集成在CPU里面了，之前是跟CPU是分开的。缓存保存最近一次访问系统内存的数据。 　　为什么要在CPU和内存之间要增加缓存这样一个东西呢，原因就在于CPU的速率是非常高的，内存的速率相对较低。所以要有缓存cache，主要是为了平衡高速的CPU和慢速的DRAM读写不匹配问题。相对于缓存来说，DRAM它的速度是慢的。手机和电脑用的都是DRAM，但他们是有区别的，封装方式是不同，在半导体的堆叠的层数上也是不同的。 　　闪存，主流是NAND Flash。主要应用在我们目前绝大部分手机存储，还有u盘里，以及刚才提到的SSD固态硬盘当中。NAND Flash按照工作方式可以分为四种，分别是SLC/MLC/TLC/QLC，主要的区别是什么呢？ 　　存储器的「单(Cell)」是指用来存取资料的最小结构，如果含有一个电晶体(Transistor)与一个电容(Capacitor)则称为「1T1C」；如果含有一个电晶体(Transistor)与一个电阻(Resistor)则称为「1T1R」；如果含有一个二极体(Diode)与一个电阻(Resistor)则称为「1D1R」。 　　存储器的每一个「单(Cell)」不一定只能储存1位的资料，由于我们对存储器容量的要求越来越高，每一个「单(Cell)」能够储存的资料越来越多，依照每一个「单(Cell)」所能储存的资料位数又分为：➤单层单(SLC：Single-Level Cell)：每个单只能储存1位(bit)的资料，浮动闸极可以储存2种电压，也就是只能记忆0与1两种状态，这是最基本的存储器单。 　　➤多层单(MLC：Multi-Level Cell)：每个单能够储存2位(bit)以上的资料，浮动闸极可以储存4种电压，如果是2位的资料也就是能够记忆00、01 、10、11四种状态。➤三层单(TLC：Triple-Level Cell)：每个单能够储存3位(bit)的资料，浮动闸极可以储存8种电压，也就是能够记忆000、001、010、011、100、 101、110、111八种状态。➤四层单(QLC：Quad-Level Cell)：每个单能够储存4位(bit)的资料，浮动闸极可以储存16种电压，也就是能够记忆0000、0001、0010、0011、0100、 …、1110、1111十六种状态。 　　从SLC一直到QLC，他们从寿命、速度和成本上来讲都是由高到低的。综合各种优缺点达到一个最佳的性价比，现在手机或者是固态硬盘当中最多的就是MLC和TLC。 　　与NAND Flash对应的是NOR Flash ，NOR Flash比NAND Flash更早地进入市场，读取的速度是非常快的，但它写入的速度却很慢，而且它的价格也非常的贵，逐渐地被NAND Flash取代。现在几乎所有的BIOS和一些机顶盒上都是使用NOR Flash，它的大小一般在1MB到32MB之间。 　　这里要提到一个日本人，舛冈富士雄。他在1980年发明NOR型快闪存储器，1986年发明NAND型快闪存储器，彻底改写人类信息时代的面貌。 　　一图胜千言

　　3，寄存器、缓存、内存和闪存与CPU如何运作 　　给大家举一个较为形象的例子。可以想象这样一个书房，书房里面有很多的书籍，有很多不同的书柜摆放不同的书籍，天文地理、古今中外不同类的书放在不同的书柜里。这个书房就是CPU，而里面这些不同的书柜就是我们的缓存，缓存分为一级缓存，二级缓存等等,这些不同的书柜表示不同的缓存。 　　寄存器就相当于书房里面的书桌，书桌上也摆放了很多不同的书，直接从书桌上拿一本书要远比走到书柜上面找到那本书要快得多。这就是为什么CPU在处理寄存器中数据的速度要快于缓存的原因。 　　DRAM，大家可以理解为在这个书房隔壁的另一个房间，也是一个放书的房间。书房在这个房间里保存了一些书柜上摆不下的一些书。闪存和硬盘又是什么呢，在我们这个书房和隔壁房间非常远的一个地方有一个书店，它的面积足够大，它的书籍有足够的多，这个书店就是闪存或者是硬盘。 　　通过上面这个例子，大家应该可以理解到书桌和书柜他们都是书房的一部分，换句话说，对于寄存器和缓存来说，他们是CPU的一部分。而对于DRAM和闪存来说，他们都是独立于CPU之外的两块芯片，他们有自己独立的芯片设计、制造封装测试的过程，这是为什么有些公司是专注于基于ARM设计处理器CPU的，有些公司是专门去设计DRAM和NAND Flash。 　　综上所述，我们手机或者是电脑当中的所有的数据，相当于在书房或者是在隔壁房间或者是书店当中的书籍。数据在这些地方不停地流动，无论是你比较喜欢的照片、电影、游戏，以及在玩游戏当中所运行的中间结果，都是存在着四个地方。 　　对于CPU来说处理这四个地方书籍的速度最快的显然就是书桌——寄存器，其次就是书柜——缓存，再次隔壁房间房间——内存，最后呢就是那个书店也就是闪存或者是硬盘。那么你在玩游戏的过程当中突然断电该怎么办呢？ 　　这好像是一颗炸弹把这个书房和旁边的的房间夷为平地，一切书籍都化为乌有。但很远的那个书店完好无损，这就是他们的另一个特点：一旦手机或者是电脑中途断电寄存器缓存和内存上的数据不会保存，而闪存或者硬盘的数据是保留的。 　　4，三星是存储器市场的霸主 　　全球DRAM的市场规模大概是每年几百亿的美金，其中被韩国的三星、海力士和美国的镁光三家公司所垄断，他们的市占率达到了95%以上。两家韩国公司，一家美国的公司。值得一提的是，从1992年开始，韩国的三星在DRAM市场就连续几年蝉联世界第一，占据绝对的垄断地位。达到了60%，似乎没有人可以撼动它的地位。 　　中国的企业也想要进入到这个领域，中国的紫光集团就向全球第3大DRAM厂，也就是美国的美光科技发出了230亿美金的一个收购要约。然而，最终结果呢，犹如这个博通收购高通一样，最终被喊停。 　　接下来我们再来看一下NAND Flash市场，在闪存市场当中，三星依旧是绝对的王者，紧跟在他后面的分别是日本的东芝、闪迪（被西部数据给收购了），后面还有英特尔、海力士，还有美光六家公司。全球市场被六家公司所瓜分殆尽。从以上的介绍可以看出，韩国的企业在半导体存储芯片领域无疑是行业的领导者，而其中的佼佼者是韩国的三星。 　　提到三星就以为是卖手机的了，其实不然，手机业务的利润在三星集团里的占比已经非常非常小了。对于三星来说，最主要的收入来源就是闪存、DRAM，还有面板。三星对于韩国经济的影响不言而喻，可见内存/DRAM/面板对于三星的收入和韩国的经济是多么的重要，日本也是正是看到了这一点，所以才对韩国痛下杀手。 　　2019年7月1日，日本政府宣布从7月4日起限制日本企业向韩国出口OLED面板用含氟聚酰亚胺、半导体光刻胶和高纯半导体用氟化氢三种材料。韩国企业今后购买这三种材料需要单独申请许可并接受通商审查。氟化氢主要就是在半导体芯片制造环节当中不可或缺的一个原料。当然也包括了今天介绍的存储类芯片，氟化聚酰亚胺是针对面板来说的，光刻胶对于两者都是需要的。 　　有人说，原材料换掉就可以啦，其实不然。原材料的变动，其对于晶圆芯片以及对于面板生产的良率是有非常大的影响。所以原则上是不能够轻易变动，一旦换了，还要经过一些研发投入和大量的实验和测试，才能够达到以前的良率和产能。由此可见，韩国企业想在短期内找到替代方案还有一定难度的。 　　5，中国与世界的差距 　　再来说一下中国的企业。中国虽然不是芯片制造的大国，但中国却是世界上最大的电子产品的制造国，其中绝大部分的芯片依赖进口。2018年我国的集成电路进口额超过三千亿美金，其中今天介绍的存储类芯片就达到了一千亿美金。占比达到30%以上，可见对于内存和闪存来说，中国依旧非常的依赖进口的存储芯片。 　　中国企业紫光集团曾经在2015年的时候不是尝试收购美光，后来失败了，失败之后就延后了他在dram内存领域的一个开发的一个进度，先行确定了向NAND Flash发展的一个方向，紫光旗下的长江存储就是专门做闪存的。相比内存而言闪存它的技术门槛相对较低。对于一个企业想要进入这个存储芯片领域发展闪存是一个很好的切入点。 　　尝试收购美光失败之后紫光集团2019年六月三十号宣布成立了一个DRAM事业群，素有台湾存储教父之称的高启全担任事业群的CEO，除了国家队紫光集团之外，生产DRAM的企业还有合肥长鑫和福建晋华。由于生产DRAM内存门槛相对较高，所以中国的企业跟世界最先进的水平有很大的差距，国内发展存储类芯片优先发展的就是闪存，闪存在行业产值不如DRAM，它的技术门槛也略低，所以相对于内存，闪存的状况稍好。 　　2019年九月，紫光集团旗下的长江存储宣布，公司已经开始量产了基于Xtacking技术的64层3D NAND Flash 闪存，韩国目前最先进的闪存制造商已经可以生产96层的3d NAND Flash。2020年4月13日长江存储宣布 128 层 QLC 3D NAND 研发成功，且已经在群联和联芸两家控制器厂的 SSD 上通过验证。跳过九十六层直接生产128层的NAND Flash，实现一次了弯道超车，当然他的良率和产能也需要市场的检验。 　　中国的存储芯片领域与世界先进的企业仍有不小的差距，正视差距才能够找到问题，正视问题才能够迎头赶上，希望中国能够尽快告别缺芯少屏的现状。 　　扫码，了解更多精彩~