存储芯片

存储芯片类型总结，DRAM (Dynamic Random Access Memory)：动态随机存取存储器，包括多种类型如SDR SDRAM（单速率同步动态随机存储器）、DDR SDRAM（双速率同步动态随机存储器）、LPDDR（低功耗双速率同步动态随机存储器）等。详细概述了多种存储类型、术语以及它们的应用和特点。帮助读者更好地理解和应用各种存储技术。

存储芯片

• ROM
  • ROM被存储在一个非易失性芯片上，也就是说，即使在关机之后记忆的内容仍可以被保存，所以这种存储器多用来存储特定功能的程序，如固件。ROM存储用来引导电脑的程序（如BIOS），电脑引导的时候BIOS提供一连串的指令对中央处理器（CPU）等组件进行初始化，在初始化过程中，BIOS程序初始化并检查RAM。
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable ROM 电子可擦除编程只读存储器
    • 发展历程：ROM-PROM-EPROM-EEPROM
  • Flash ROM
    • NOR FLASH
    • NAND FLASH
• RAM
  • 根据工作原理或者 根据存储信息的不同
  • SRAM
    • SRAM与SDRAM的比较： SRAM是靠双稳态触发器来记忆信息的；SDRAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。所以主内存通常采用SDRAM，而高速缓冲存储器（Cache）则使用SRAM，在存取速度上，SRAM>SDRAM。另外，内存还应用于显卡、声卡及CMOS等设备中，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。  上面是能保存SRAM的一个bit， 保存一个bit需要6个晶体管， 所以价格昂贵，造价高。 SRAM一般只有几MB而已， 从电路图可以看出， 基本都是一些晶体管运算， 速度很快， 所以SRAM一般用来做高速缓存存储器， 既可以放在cpu芯片上， 也可以放在片下。
    • PSRAM Pseudo static random access memory 伪静态随机存储器
      • 定义：PSRAM就是伪SRAM，内部的内存颗粒跟SDRAM的颗粒相似，但外部的接口跟SDRAM不同，不需要SDRAM那样复杂的控制器和刷新机制，PSRAM的接口跟SRAM的接口是一样的。PSRAM 内部自带刷新机制。
        • 子主题
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      • 应用：主要应用于手机，电子词典，掌上电脑，PDA,PMP.MP3/4,GPS接收器等消费电子产品
    • SSRAM Synchronous SRAM 同步静态随机存取存储器
      • 定义：是与外部时钟信号同步的设备。SSRAM 设备只会在时钟的特定状态下将信息读取和写入存储器。 SRAM 最常见的应用是高速缓存存储器，它用于为处理器提供最常请求的指令和数据。位于高速缓存存储器中的指令和数据的访问速度比位于主存储器（通常是同步DRAM）中的指令和数据快许多倍。处理器可以直接从高速缓存访问的指令和数据越多，系统的整体性能就越好。
      • 应用：
    • ASRAM Async SRAMs 异步静态随机存取存储器
      • 异步 SRAM 是一种易失性随机存取存储器 (RAM)，它使用基于触发器的锁存电路来存储每个位。只要有电源，数据位就会保留在存储器中。异步 SRAM 不依赖于时钟的状态。它会在收到指令后立即开始向内存中读取或写入信息
    • NVRAM Non-Volatile Random Access Memory 非易失性随机访问存储器
      • 针对闪存存在的不够耐写的问题， NVRAM 加速卡持续性地提供均衡的性能，达到1 百万 IOPS读/写，并且没有任何耐久度的问题。 [1] NVRAM加速卡在DRAM和PCIeSSD之间建立了一个新存储层级，性能优异、可靠性超高，适用于需要高性能及高可靠性的任务关键型应用。 [2] 并且该解决方案基于业界标准的NVMe接口，实现了即插即用的PCIe连接，用NVMe将数据从内存移至NVRAM解决方案，效率比利用CPU周期要高出四倍，从而优化了CPU利用率。 [3]
      • nvSRAM non-volatile random-access memory 非易失性随机存取存储器
    • MRAM Magnetoresistive RAM 磁阻RAM
      • 磁阻 RAM 本质上是非易失性的，即使在断电的情况下，也对存储的数据具有无限的耐用性。 立即 (<1ns) 断电且不会丢失数据。 始终非易失性。没有不可靠的依赖于电容器的备份周期。 不需要 V CAP或 V BATT。 没有复杂的软件 STORE/RECALL 例程。 20 年数据保留，无循环依赖。 更少的组件意味着更小的设计占用空间和更低的总 BOM 成本。 没有磨损的担忧。 很多情况下直接替代nvSRAM
    • BBSRAM
    • EERAM
      • EERAM 是一种独立非易失性 RAM 存储器，使用与串行 SRAM 相同的 SPI 和 I2C 协议，可使器件在断电期间保留 SRAM 内容，而无需使用外部电池。用户几乎看不见该器件的所有非易失性部分。当器件检测到电源耗尽时，会自动将 SRAM 数据传输到非易失性存储器中，并在电源恢复供电时再将数据移回到 SRAM 中
    • QDR SRAM Quad Data Rate SRAM
      • QDR在保留DDR特征的基础上，对其数据总线进行了升级，DDR只有一条数据通道，数据读/写操作共用，属于半双工工作方式，而QDR拥有两独立条数据通道，数据读/写操作可以同时进行，属于全双工工作方式，因此，QDR的数据存取速率又是DDR的两倍。
  • DRAM
    • DRAM较其它内存类型的一个优势是它能够以IC(集成电路)上每个内存单元更少的电路实现。DRAM 的内存单元基于电容器上贮存的电荷。典型的DRAM 单元使用一个电容器及一个或三个FET(场效应晶体管)制成。典型的SRAM (静态随机访问内存)内存单元采取六个FET 器件，降低了相同尺寸时每个IC 的内存单元数量。与DRAM 相比，SRAM 使用起来更简便，接口更容易，数据访问时间更快。 DRAM核心结构由多个内存单元组成，这些内存单元分成由行和列组成的两维阵列(参见图1)。访问内存单元需要两步。先寻找某个行的地址，然后在选定行中寻找特定列的地址。换句话说，先在DRAM IC 内部读取整个行，然后列地址选择DRAM IC I/O(输入/ 输出)针脚要读取或要写入该行的哪一列。 DRAM读取具有破坏性，也就是说，在读操作中会破坏内存单元行中的数据。因此，必需在该行上的读或写操作结束时，把行数据写回到同一行中。这一操作称为预充电，是行上的最后一项操作。必须完成这一操作之后，才能访问新的行，这一操作称为关闭打开的行  可以看到， 存储一个bit的DRAM只需要一个电容和一个晶体管。 DRAM的数据实际上是存在于电容里面的， 电容会有电的泄露， 损失状态， 故需要对电容状态进行保持和刷新处理， 以维持持久状态， 而这是需要时间的， 所以就慢了。 这个刷新加动态刷新，
    • 异步
      • EDO RAM Extended Data Output RAM 扩展数据输出随机读取存储器
        • EDORAM是通过取消两个存储周期之间的时间间隔，来提高存取速率的。通常，在一个DRAM阵列中读取一个单元时，首先充电选择一行然后再充电选择一列，这些充电线路在稳定之前会有一定的延时，制约了RAM的读写速度。EDO技术假定下一个要读写的地址和当前的地址是连续的（一般是这样），在当前的读写周期中启动下一个读写周期，从而可将RAM速度提高约30%。但是，EDORAM仅适用于总线速度小于或等于66MHz的情况，是97年最为流行的内存。 为静态RAM的访问速度要快于DRAM，所以这会加快访问内存的速度。EDRAM有时作为二级缓存和ESDRAM(带缓存的RAM)一起使用。装入EDRAM中SRAM部分中的数据可以被处理器以15ns的速度访问。如果数据未在SRAM，需要35ns时间从EDRAM中获得。EDO RAM是一种随机访问存储器(RAM)芯片，它供快速处理器访问内存
      • FRAM Ferroelectric RAM 铁电存储器
        • 是一种结构类似于DRAM的随机存取存储器，但使用铁电层而不是介电层来实现非易失性。FeRAM 是越来越多的替代非易失性随机存取存储器技术之一，提供与闪存相同的功能.F-RAM芯片包含锆钛酸铅薄铁电薄膜，通常称为PZT。PZT 中的原子在电场中改变极性，从而产生高能效的二进制开关。然而，PZT 最重要的方面是它不受电源中断或磁干扰的影响，使 F-RAM 成为可靠的非易失性存储器。[1] FeRAM 相对于闪存的优势包括：更低的功耗、更快的写入性能[2]和更大的最大读/写耐久性（大约 10 10到 10 14个周期）。[3] [4] FeRAM 在 +85 °C 下的数据保留时间超过 10 年（在较低温度下可达数十年）。FeRAM 的市场劣势是存储密度远低于闪存设备、存储容量限制和更高的成本。与 DRAM 一样，FeRAM 的读取过程具有破坏性，因此需要先写入后读取的架构。
    • 同步
      • SDRAM
        • 同步是指 Memory 工作需要步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不 丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进行数据读写。 第一代：SDR SDRAM 第二代：DDR SDRAM 第三代：DDR2 SDRAM 第四代：DDR3 SDRAM 第五代：DDR4 SDRAM 第六代：DDR5 SDRAM 第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。 工作电压： SDR：3.3V DDR：2.5V DDR2：1.8V DDR3：1.5V DDR4：1.2V DDR5: 1.1V
        • SDR SDRAM (single data rate synchronous DRAM) 单速率同步动态随机存储器
          • SDR只在时钟的上升沿传输数据，读写是在同一条数据总线进行，读写不能同时进行，而DDR 是在SDR的基础上改进，它可以在时钟的上升，下升沿时同时传递一次数据，也就是相当于SDR的两倍，但读写还是不能同步进行，而QDR，集读写上下传输于一身，成为具有一进，一出相当于两个DDR的数据接口，四个SDR 所能达到的效果。
        • DDR SDRAM (double data rate synchronous DRAM) 双速率同步动态随机存储器
          • LPDDR
          • GDDR
        • QDR SDRAM Quad Data Rate SDRAM
      • FCRAM Fast Cycle RAM 快速循环随机存储器
        • FCRAM （快速循环随机存储器）是面向低功耗，低电输入为目标设计的随机存取存储器（RAM）产品，FCRAM产品可分为：支持PSRAM接口或者支持LP SDR/DDR SDRAM接口的产品类型。FCRAM产品的特点是低功耗和高速数据传输能力，所以更适用于移动类产品应用（如手机）及数字消费类电子产品（如数字电视，数码摄像机/照相机）等需要高速及大范围数据处理的能力。
      • RLDRAM Reduced Latency DRAM 低延迟 DRAM
        • 它是一种高带宽、半商品、中等低延迟（相对于同时代的 SRAM）存储器，针对需要中等成本和低延迟（相对于商品 DRAM）的存储器的嵌入式应用（例如计算机网络设备）；和容量大于 SRAM 提供的容量。[1]当存在背靠背读写访问或完全随机访问时，RLDRAM 与同时代的商品 DRAM 相比也具有更好的性能。[2] 第一代 RLDRAM 器件出现于 1999 年，最初仅由英飞凌制造。后来，美光科技作为RLDRAM 设备的开发合作伙伴和第二个来源被引入。英飞凌和美光公司于 2003 年宣布了第二代RLDRAM II规范。 [3] 英飞凌随后决定放弃 RLDRAM 开发，而美光公司推出了 RLDRAM II 器件。[1] 同年出现了第一个 RLDRAM II 样品。2012 年，美光展示了第一款第三代RLDRAM 3器件
    • 移动平台
      • LPDDR5
    • 绘图处理
      • VRAM
      • WRAM
      • MDRAM
      • SGRAM Synchronous Graphics RAM
        • SGRAM（synchronous graphics random-access memory）是有一个同步接口的动态随机存取内存，即DRAM的一种。它专门为显卡设计，通常是作为一种图形读写能力较强的显存使用。其本质是由SDRAM改良而成。和一般的SDRAM不同的是，其读取是以“块”（Block）为单位，从而明显减少了读写次数，提高图形控制器效率。SGRAM也分为SGRAM和DDR SGRAM两种。和普通SDRAM的双边引脚TSOP封装区别是，SGRAM通常采用四边引脚的封装方式。
    • Rambus
      • RDRAM 总线式动态随机存储器
        • RDRAM是RAMBUS公司开发的具有系统带宽，芯片到芯片接口设计的新型DRAM，他能在很高的频率范围内通过一个简单的总线传输数据。他同时使用低电压信号，在高速同步时钟脉冲的两边沿传输数据。
    • 内存模块儿
      • SIMM
      • DIMM
      • SO-DIMM
      • Uni-DIMM
    • 技术
      • NRAM
        • NRAM 是一个近些年出現的新东西，它具备众多优点：可以 DRAM 的速度提供非易失性，具有超越 DRAM 芯片的可扩展性和对闪存的超强耐久性的潜力。它比基本上全部新起存储系统（PCM，MRAM 和 ReRAM）都更贴近通用性存储器。他们一般用于更换闪存芯片，因而 NRAM 在理论上既能够更换 DRAM，还可以更换闪存芯片。 NRAM 的“用武之地” 高性能的 NRAM 在众多应用领域拥有明显的竞争优势： 1、可应用于任何系统，NRAM 不但是非易失性存储器芯片，又具有与 DRAM 同等的高速特点； 2、可实现 instant on（即开即用）功能，降低功耗的同时提高了系统的性能； 3、适应于逐渐增长的高温环境市场需求。 NRAM 不仅能够做数据存储还可以做程序流程存储，这一特点对消费性电子一样具有极大诱惑力。而就市场竞争布局而言，NRAM 在高溫实际操作、数据信息维持、髙速读写能力上面比传统式存储器更具有优点，将来 NRAM 有希望更大容量 EEPROM（容量低于 8Mb）和小容量 NOR Flash（容量大于 16Mb）
      • eDRAM enhanced dynamic random access memory
        • 是动态随机存取存储器集成在相同的上（DRAM）芯片或多芯片模块（MCM）[1]应用专用集成电路（ASIC）或微处理器。与用作外部存储器的等效独立 DRAM 芯片相比，eDRAM 的每比特成本更高，但在许多应用中，将 eDRAM 与处理器放在同一芯片上的性能优势超过了成本劣势。在性能和尺寸上，eDRAM 位于三级缓存之间 和内存总线上的传统 DRAM，并有效地用作 4 级缓存，尽管架构描述可能没有在这些术语中明确提及它。 如果将 DRAM 集成到 IC 或微处理器本身中，主要的改进将是引入更宽的数据传输总线。这允许更快的数据传输，进而导致更高的处理速度。EDRAM 比 ESRAM 成本更高，但 EDRAM 占用的空间比 ESRAM 少得多。因此，大量内存可以放入一个小得多的地方。 EDRAM 必须像其他 DRAM 一样定期刷新，以保持其效率并防止数据过度拥挤。然而，这使得该过程相当复杂。刷新控制器也可以集成到IC或微处理器中进行刷新，但IC可以将其视为普通SRAM。因此，必须采用其他技术来刷新 EDRAM 缓存。
• NOR FLASH NAND FLASH区别
  • 区别 NOR Flash NAND Flash 生产厂商 Intel、、AMD、ST意法半导体、Mxic Hynix、Micon、Samsung、Toshiba、Fujitsu 类型 或非 与非 接口 地址、数据总线分开，SRAM通用接口， 地址、数据总线共用，复杂I/O口 串行存取数据，CPU集成控制器 读写单位 字节 页 组成结构 扇区、字节 块、页 擦除单位 扇区 块 读取性能 比NAND FLASH稍快 较慢 读取功能 支持随机读取 不支持随机读取 写入性能 慢（64-128KB擦除/写入5s ） 快（8-32K擦除/写入4ms） 使用寿命 10万次 100万次 可靠性 坏件少 坏件率高、位反转，需要使用校验算法发现、纠正 使用性 运行代码不需要任何的软件支持，可以直接使用 依赖MTD（内存技术驱动程序） 主要应用 代码存储介质，主要用在手机和机顶盒中 数据存储介质，高存储密度，硬盘存储设备等
    • NOR Flash 和 NAND Flash 比较 NOR Flash 生产厂商有 Intel和ST， Nand Flash厂商有Hynix，micon，Samsung，Toshiba 和Fujitsu等。 2006年NAND 将占据59%的闪存市场份额，NOR的市场份额将下降到41%。而到2009 年时，NAND 的市场份额将上升到65%，NOR的市场份额将进一步下滑到35%。 Nand主要应用：Compacflash，Secure Digi-tal，Smartmedia，SD，MMC，Xd，PC Card，USB Sticks等。 NOR的传输效率很高，在小容量时具有很高的成本效益，更加安全，不容易出现数据故障，因此，主要应用以代码存储为主，多与运算相关。 目前，NAND 闪存主要用在数码相机闪存卡和 MP3 播放机中，这两个市场的增长非常迅速。而 NOR 芯片主要用在手机和机顶盒中，这两个市场的增长速度相对较慢。 性能比较 Flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND 器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。 由于擦除NOR器件时是以64～128KB 的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。 执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了 NOR 和 NADN 之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。 ● NOR的读速度比NAND稍快一些。 ● NAND的写入速度比NOR快很多。 ● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。 ● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。 ● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。 接口差别 NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。 NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 NAND 读和写操作采用 512 字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于 NAND 的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。 容量和成本 NAND flash 的单元尺寸几乎是 NOR 器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND 结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。 NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND 在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC 存储卡市场上所占份额最大。 可靠性和耐用性 采用flahs 介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash 是非常合适的存储方案。 可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。 寿命(耐用性) 在NAND 闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。 位交换 所有flash 器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。 一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。 当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。 这个问题对于用 NAND 存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。 坏块处理 NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。 NAND 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方 法不能进行这项处理，将导致高故障率。 易于使用 可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。 由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。 在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向NAND 器件写入信息需要相当的技巧，因为 设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。 软件支持 当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。 在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。 使用 NOR 器件时所需要的 MTD 要相对少一些，许多厂商都提供用于 NOR 器件的更高级软件，这其中包括 M-System的TrueFFS驱动，该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。 ———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「tomorrowNeverComes」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/dreamdonghui/article/details/76343474
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