新兴存储，冰火两重天

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文章摘要

存储行业的发展与技术演进紧密关联，其历史可追溯至20世纪70年代DRAM的商用化，随后NOR Flash因功能手机的普及而兴起，PC时代的到来则推动了NAND Flash的广泛应用。当前，AI技术的兴起使得HBM技术成为新的焦点。经过50年的发展，DRAM、Flash和SRAM成为主要的存储技术领域。然而，随着半导体技术向更小节点发展，传统存储技术面临速度、功耗、容量和可靠性等方面的挑战，同时存储技术与逻辑计算单元发展速度的不匹配限制了计算性能和能效的提升。业界开始关注新兴存储技术，如FeRAM、ReRAM、MRAM和PCM，这些技术试图结合SRAM的开关速度、DRAM的高密度和Flash的非易失性。

FeRAM（铁电随机存取存储器）是一种新兴的存储技术，具有非易失性、高速读写、长寿命、低功耗和高可靠性的特点。尽管其存储密度较低、容量有限，但在对容量要求不高的应用场景中具有潜力。然而，FeRAM的发展面临成品率、耐久性下降和高成本等挑战。2022年，英特尔宣布关闭Optane内存业务，而美光在2023年披露了32Gb 3D NVDRAM的研发成果，展示了FeRAM技术的新进展。

ReRAM（电阻式随机存取存储器）作为一种新兴内存技术，具有高速度、强耐久性和多位存储能力等技术特点。ReRAM结合了DRAM的读写速度和NAND的非易失性，具有低功耗、低成本、字节寻址和可扩展性等优势。ReRAM在汽车、物联网等领域具有广泛的应用前景，并被视为存算一体的最佳选择之一。尽管ReRAM技术面临“sneak path”问题、氧气空位稳定性和电场均匀性等挑战，但其在嵌入式系统和其他高性能、低功耗应用领域具有潜力。

MRAM（磁阻随机存取存储器）是一种基于隧穿磁阻效应的技术，具有非易失性、无限次重写、快速写入、低功耗和高整合度等特点。MRAM在汽车、工业、可穿戴设备等领域具有显著的应用价值。尽管MRAM面临材料体系复杂、开关比低和CMOS工艺匹配等挑战，但其在商业化方面具有潜力。

PCM（相变存储器）通过改变相变材料的状态实现数据存储，具有NAND的非易失性和DRAM的高读写速度等特点。PCM具有低延时、长寿命、低功耗、高密度和抗辐照特性等优点，有望应用于高性能数据中心、服务器和物联网等领域。尽管PCM技术具有潜力，但仍面临动态功耗、能量延迟效率和可靠性方面的挑战。

总体来看，新兴存储技术如FeRAM、ReRAM、MRAM和PCM在速度、功耗、容量和可靠性等方面具有优势，但在商业化和大规模生产方面仍面临挑战。随着技术进步和市场需求的增长，这些新兴存储技术有望在未来存储市场中发挥重要作用。