半导体存储器芯片主要有哪几类型?
芯片中的二进制是通过晶体管的通断来实现的，因此晶体管的数量也意味着芯片的算力。算力要有用武之地，首先需要有足够的数据，这时候存储芯片就很重要。
存储芯片的分类方式有很多种，其中可以根据断电后是否保留存储的信分为易失性存储芯片和非易失性存储芯片。易失性存储芯片即随机存储内存，它的一个重要分支是动态随机访问存储器（DRAM），主要用于计算机和手机内存等。易失性存储芯片主要应用于存储卡、U盘、SSD固态硬盘等，包括只读存储器ROM（Read-Only Memory）和闪存（FLASH）。
易失性存储芯片——顾名思义，在断电后无法保留信息，就像我们上学听课时的大脑，听的时候都懂，转头就忘光了。而非易失性存储芯片就像笔记本一样，把信息都记录了下来。虽然易失性存储芯片无法在断电后保留数据，但它的“脑子”转得很快，就像直接用脑子记东西那可比在本子上记快得多。易失性存储芯片的优势就在于它的读写速度非常快，所以它一般被用来为操作系统或其他运行中的程序提供运算时中间代码及数据的临时存储。
芯片处理数据的本质就是通过MOS管的通断来控制电信号的状态。易失性存储芯片的原理就是将这些状态存储下来，我们在初中物理就学过能够存储电荷的单元——电容器。像这样一组MOS管和电容器的组合，就是一个存储单元。写入数据时，通过MOS管的通断控制电容的充电或放电，就可以表示数据中的1位。读取数据时，电容器的状态会被读取出来，进而确定数据位的值。
存储单元（图源自：https://blog.csdn.net/highman110/article/details/131213394）
易失性存储芯片的原理算搞明白了。那么非易失性存储芯片是如何在断电之后依然确保数据不会丢失的呢？ U盘、移动硬盘这些设备又是如何工作的呢？
那是因为它们把电子“锁”了起来。
MOS的通断决定了电信号的状态，于是在MOS管的栅极上加入一层多晶硅，多晶硅的两侧用很薄的绝缘层封起来，这样电子“陷阱”就挖好啦！这种带“陷阱”的MOS管称作浮栅MOS管。大家肯定会有疑问，两侧都绝缘的话，电子该怎么进去呢？
浮栅MOS管（图源自：https://www.eda365.com/thread-547801-1-1.html）
这就需要用到量子隧穿了。我们知道在微观下，电子出现的位置是一个概率问题，当绝缘层足够薄，另一侧的电压又足够大的情况下，电子就有概率出现在绝缘层的另一侧。当我们拿掉电压之后，电子就没办法依靠自己的力量从“陷阱”里出去了。
利用量子隧穿效应，当需要写入“0”时，只需要给栅极施加一个高压，就可以把电子拉进“陷阱”里“锁”起来；当需要写入“1”时，我们就反过来给衬底一个高压，再把“陷阱”中的电子拽出来就好了。
读取存储的数据时，只需要正常给栅极施加电压。“陷阱”里没有电子的MOS管可以正常导通，我们能够检测到电流，也就读取到了“1”。而在“陷阱”里有电子的MOS管中，这些电子则会抵消掉栅极电压的电场，导致MOS管的源极和漏极无法沟通起来，依然会处于关断状态，我们检测不到电流，自然就读取到“0”了。
1个晶体管存储的数据只有1比特，那1TB的硬盘至少也要8.80万亿个晶体管才够用！这不是一颗芯片就能办到的。既然一味的增加晶体管的数量行不通，那如果让1个晶体管多存储一些数据呢？
再回头看看锁住电子的“陷阱”，我们可以把它看作一个水杯。为了让它存储的数据量更多，我们可以给它画上两个刻度：用没有电子来表示“11”，装满1/3来表示“10”，装满2/3来表示“01”，完全装满来表示“00”。如此一来，1个晶体管可以存储的数据就增加了一倍！这就是MLC多层颗粒。而之前没有画上刻度的水杯，就是SLC单层颗粒。
有了MLC的经验，我们就可以继续在水杯上画刻度：分成7份，就能装3个比特，于是就有了TLC；分成15份，可以装下4个比特，就成了QLC；分成31份，装得了5个比特，就诞生了PLC！
如果可以像这样无限划分下去，也许我们就可以用一个晶体管装下全世界所有的数据——当然，这不太可能。当刻度越画越多，这时再想准确写入一个数据，就需要存储芯片多次加电。这无疑会使存储芯片的使用寿命和读写速度大打折扣。
尽管PLC一个存储单元可以存5比特的数据，但它的理论擦写次数只有区区35次，而SLC的理论擦写次数足有10万次。目前市面上的主流产品大多都是采用的TLC方案。
如果既要、又要、还要呢？速度跟容量都想要，可不可以？
当然可以！要速度，用SLC；要容量，用TLC。然后再把两个块同时做在一个芯片上。数据一来先存进SLC，然后再往TLC里搬就好了。这种方案就是动态缓存方案。如果数据是快递，那SLC就好比是代收点，TLC就是附近的住户。这样一来，存储速度自然就提高了。当然如果数据量过大，导致SLC的部分被用完，那速度自然也就降回来了。
这种动态缓存方案目前应用最多的就是SSD固态硬盘。当然硬盘厂商并不只有这一种方案。由于SLC和TLC的本质都是浮栅MOS管，只是人为根据“陷阱”中电子的数量区分出了不同的状态，所以我们还可以直接用TLC模拟SLC达到类似的效果。除了在存储芯片本身上开辟缓存区域外，我们还能通过给硬盘配备一块DRAM，或者从内存中借用空间（HBM技术）等各种方法提高硬盘的使用体验。
目前AI的快速发展正在重塑千行百业，包括与之密切相关的计算能力产业链，对存储芯片和设备的度也在飙升。HBM(高带宽存储)、近存计算等概念非常流行。在深度学习领域，需要存储大量的训练数据和模型参数，这对存储芯片的容量和速度提出了更高的要求。
在传统冯·诺依曼构架中，储存器与处理器是两块不同的芯片，互相依靠总线连接。由于存储器的速度已远远小于CPU的运算速度，AI计算则需要数据进行更频繁的交换。如此一来，存储器也成为了限制算力的一个瓶颈。为了解决这一问题，存算一体的概念再一次被提出，按照计算单元与存储单元之间的传输距离可以分为近存计算、存内处理、存内计算这三类。
目前主流解决方案仍是以HBM为代表的近存计算技术，当然未来的发展方向肯定还是可以从根本上解决“存储墙问题”的存内计算。未来会不会出现比存内计算更强大的技术？相信随着AI的发展我们将会看到答案。
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