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民生证券：存储器行业专题研究：双墙阻碍算力升级，探讨四大新型存储应用

admin2023-07-06 07:30 33人已围观下载完整内容

简介传统存储难破双墙阻碍，智联时代新型存储应运而生。AIoT、5G、智能汽车等新兴应用场景对数据存储在容量、速度、功耗、成本、可靠性等层面提出更高要求。但CPU与存

传统存储难破双墙阻碍，智联时代新型存储应运而生。AIoT、5G、智能汽车等新兴应用场景对数据存储在容量、速度、功耗、成本、可靠性等层面提出更高要求。但CPU与存储芯片间的“性能墙”与各级存储芯片间的“存储墙”成为限制传统存储器应用于新兴领域的两座难关。基于材料介质改造或技术升级的PCRAM、MRAM、ReRAM和FeRAM四大类新型存储，或将成为未来存储器的发展趋势之一。

模糊外存和主存界限，PCRAM产业化面临障碍。PCRAM（相变存储器）通过改变温度实现相变材料电阻变化，以此为基础存储数据信息。PCRAM目前无物理极限，厚度2nm的相变材料可以实现存储功能，因此可能解决存储器工艺的物理极限问题，成为未来通用的新一代半导体存储器件之一。国际厂商英特尔先后与三星、美光合作开展PCRAM研发，国内厂商时代全芯也已掌握研发、生产工艺和自主知识产权。但PCRMA对温度的高敏感度、存储密度过低、高成本、低良率等问题限制其大规模产业化，2021年美光宣布停止基于3DXPoint技术产品的进一步开发。

MRAM产品进入量产，eMRAM替代SRAM空间大。MRAM（磁存储器）的基本单位为磁隧道结（MTJ），Everspin为独立式MRAM龙头，IBM、三星、瑞萨走在嵌入式MRAM技术前沿。其中，独立式MRAM目前已经应用于航空、航天、军工等对可靠性要求较高的领域，但市场规模较小。嵌入式MRAM已成功进入MCU嵌入式系统，并逐步替代慢速SRAM成为工作缓存新方案，应用于相机CMOS等。未来嵌入式MRAM更具成长空间，提速降价后有望替代SRAM或eDRAM等高速缓存，进入手机SoC和CPU等产品。

ReRAM有望替代eFlash，成长空间广阔。ReRAM（可变电阻式存储器）以基本单位电阻变化存储数据。DataBridge测算2022年全球ReRAM市场规模为6.07亿美元，预计2030年有望达到21.60亿美元。松下、富士通等为ReRAM产品主要设计厂商，国内兆易创新与昕原半导体也基本实现商业化。其中，独立式ReRAM目前在工业级小容量存储得到广泛应用，并在IoT领域逐步替代NORFLASH，突破容量和读写速度后有望替代闪存进入企业级存储市场。嵌入式ReRAM目前已替代eFLash可用于模拟芯片内，进一步有望进入MCU芯片等，技术长足发展后有望进入CPU作为最后一级高速缓存。

FeRAM研发正当时，多种优势突破传统存储限制。FeRAM具有非易失性、读写速度快、寿命长、功耗低、可靠性高等特点。小部分FeRAM产品已实现量产。但FeRAM存储密度较低，容量有限，无法完全取代DRAM与NANDFlash，在对容量要求不高、读写速度要求高、读写频率高、使用寿命要求长的场景中拥有发展潜力。国际厂商英飞凌、富士通等已实现FeRAM在汽车电子的应用，国内厂商汇峰已实现130nm制程FeRAM产品小批量量产。目前FeRAM技术瓶颈尚在，仍需继续研究突破。

四种新型存储优势各异。持久性方面，MRAM、FeRAM较高；存储密度方面，FeRAM较低，MRAM、PCM、RRAM较高；读写速度方面，FeRAM最快；读写功耗方面，PCM最高，MRAM、FeRAM、RRAM均较低；抗辐射方面，除MRAM外，其他均较高。

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