存储芯片将走向何方？存储芯片的分类

如果说，现在的我们正沐浴在一波又一波以ChatGPT为代表的AI（人工智能）所制造的“春雨”中；那么，我们或许首先要关注的是：

在雨势渐涨的今天，作为“水库”的——存储芯片将走向何方？

存储芯片——是电子信息数据存储的核心组成部分，按照不同的类别会有很多不同的分类；比如我们电脑中的硬盘，内存，寄存器，CPU中的高速缓存，其实都有用到存储芯片。

存储芯片虽种类较多，但大致主要可以按照易失性及非易失性进行分类。

存储芯片的分类；图片来自：Google

易失性存储芯片以DRAM和SRAM（静态随机访问存储器）为例：

DRAM是易失性存储器的重要分支，易失性存储器的特点是断电丢失数据，DRAM所使用的电容容量极小，电子仅能保存几毫秒的时间，为了使电子不丢失，每隔几毫秒就要充电刷新一次。

虽然DRAM具有断电丢失数据的缺点，但由于读写速度较快被应用于PC机的内存、智能手机、服务器。

与此类似，SRAM（静态随机访问存储器）只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持；但是只要断电，数据就会丢失。属于易失性存储器。

非易失性存储芯片则以Flash（闪存）和ROM（只读存储器）为例：

Flash是非易失性存储器最重要的分支，非易失性存储器的特点是断电不失数据，这使得FLASH能够在没有电流供应的条件下长久地保存数据。

我们电脑中的硬盘所用的存储芯片就是Flash，Flash相比DRAM的优点在于断电不失数据，且成本较低；缺点在于由于每一次写入数据均需要擦除一次，使得写入速度慢于DRAM。

ROM（只读存储器）也一样，其信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失。

将其运用于应用端则更易区分，简单地来说：

假设我们在备战一场考试，CPU就相当于是大脑，负责短期记忆，最为直接，速度也最快，但能存储的数据也是最少的。

当我们记不住的时候，去看的课堂笔记就是内存；如果手边上的笔记没有要的答案，就得去查阅更多的资料，那就是硬盘。

对于存储芯片的应用端市场而言：本次AI的爆发，或将驱动“从算力到存力”的长期需求。

存储芯片应用广泛，在消费电子、计算机及周边、工业控制、白色家电、通信等传统应用领域均存在稳定的数据存储需求，市场规模在 2016 年之前呈现平稳发展的态势。

但，随着智能手机摄像头模组升级和AIoT 的发展，智能手机摄像头、汽车电子、智能电表、智能家居、可穿戴设备等新型市场均对其显露出较大需求的可能；与此同时，传统应用领域的快速智能化发展也为其需求提升增添了助力。

其中，DRAM和NAND Flash的需求量最大，DRAM占据了53%的存储器市场，NAND Flash能占到45%，两者合起来达到了98%，是最重要的两类存储芯片。

当我们将视线拉向全球，或许不难发现：ChatGPT等新兴AI产品的不断发展，正在快速地拉升市场对存储芯片的需求：

此前，服务器市场中采用AI运算卡的比例并不多，与之配套的存储芯片仍使用GDDR5(x)、GDDR6来支持其算力；例如在2021年时，HBM相关产品占据DRAM市场甚至未及1%，价格是一方面，需求的欠缺并没有激活HBM的市场。

而随着AI发展迎来新的阶段，企业对于大算力的需求提出了更高的要求，HBM作为助力突破算力瓶颈的重要硬件支持，开始被英伟达、AMD等厂商大规模采用。

据悉，目前英伟达旗下最强AI芯片H100已采用SK海力士旗下HBM3技术，而H100正大规模地为ChatGPT提供算力。

特别是今年3月份，仅于30日-31日两天，有关于存储芯片的新闻就分别两次地登上了国内及国外各大媒体的头版头条：

图片来自：nature

其一，3月30日据科技日报，美国南加州大学电气和计算机工程教授——杨建华在最新一期《自然》杂志上刊发论文中称：

其与麻省理工的研究人员携手一同，为边缘人工智能（便携式设备内的人工智能）开发出一种将硅与金属氧化物忆阻器结合在一起、功能强大能耗很低的存储芯片；

这是迄今存储密度最高的存储芯片，有望在便携式设备内实现强大的人工智能，如让迷你版ChatGPT的功能在个人便携式设备内“遍地开花”。

其二，紧接着3月31日，据网络安全审查办公室表示：

为保障关键信息基础设施供应链安全，防范产品问题隐患造成网络安全风险，维护国家安全，依据《中华人民共和国国家安全法》《中华人民共和国网络安全法》，网络安全审查办公室按照《网络安全审查办法》，对美光公司（Micron）在华销售的产品实施网络安全审查。

而其中的——美光公司（Micron）是全球最大的半导体存储及影像产品制造商之一，其主要产品包括DRAM、NAND闪存和CMOS影像传感器。

对于中国半导体从业者而言，直面存储需求旺盛和自给率低的矛盾点依然存在：

图片来自：前瞻经济学人

中国存储芯片处于上行周期，存储芯片市场相较与全球而言占比最高，且其增速远超行业均值；其中，大容量的 DRAM、SRAM 等易失性存储市场集中度较高，且美韩三家企业占据垄断地位，技术布局早、竞争较为激烈。

但，相较于传统的CPU和GPU，存储芯片的相关设计及制造壁垒或许可以依靠堆叠实现追赶：

相较于传统的CPU和GPU对运算速度的追求，存储芯片则更看重数据的稳定性：换句话说，存储芯片并不是一味地追求先进制程；

理论上制程越小，单个芯片的密度就越高、读写速度就越快、功耗也越低，而堆叠则是你能把多少个芯片叠起来并且把他们连起来实现信号和电力的互通。

换句话说就是：我们将存储芯片的设计及制造简单理解为盖楼房：

房子占比面积是固定的，而制程小意味着你能把每层建得空间又大又通风，而堆叠则意味着你能在这块地盖多高的楼，并且还能用个电梯把楼层高效的串起来，属于工艺不够数量来凑。

这也就给中国厂商提供了机会；既然在制程方面拼不过海外，那就从堆叠层数下手。

长江存储Xtacking架构；图片来自：长江存储

特别是，应用了闪存堆叠技术的3D NAND Flash的出现，比以往的2D NAND Flash提供了更大存储空间，满足了业界日益增长的存储需求，因而成为主流。

根据加拿大半导体分析与IP服务机构TechInsights报告指出：长江存储首款232层3D NAND Flash产品已经成功量产，是首个进入零售市场的超过200层堆叠3D NAND Flash产品。

当然，发展还需持续突进：SK 海力士在近期的ISSCC会议上，展示了300层堆叠第八代3D NAND Flash存储器原型，计划两年内上市；三星则计划在2030年前实现1000层NAND Flash，此举也将助力三星之后推出1PB SSD。

综上所述，我们不难看出：

当前全球存储芯片市场的竞争格局基本均被韩国、日本以及美国等国家垄断；想要在短时间内打破这一竞争格局，实属不易。

但，中国在存储芯片领域的战略布局已日渐完善；且随着新应用端市场的不断喷涌，将为中国未来在存储芯片领域的发展提供源源不断的需求保障。

编辑：黄飞