存儲(chǔ)器可以說(shuō)是大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石。存儲(chǔ)器就類似于鋼鐵之于現(xiàn)代工業(yè)，是名副其實(shí)的電子行業(yè)“原材料”。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。

從大類上看，存儲(chǔ)器可以分為光學(xué)存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是目前最主要的存儲(chǔ)器類別， 以斷電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否丟失為標(biāo)準(zhǔn)， 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片可分兩類：一類是非易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)能夠存儲(chǔ)，主要以 NAND Flash 為代表，常見(jiàn)于 SSD（固態(tài)硬盤)；另一類是易失性存儲(chǔ)器，這一類存儲(chǔ)器斷電后數(shù)據(jù)不能儲(chǔ)存，主要以 DRAM 為代表，常用于電腦、手機(jī)內(nèi)存。除了 NAND Flash 和 DRAM，還包含其他門類，例如 Nor Flash、 SRAM、 RRAM、 MRAM、 FRAM 等。

▲存儲(chǔ)器的分類

存儲(chǔ)器行業(yè)屬于強(qiáng)周期性行業(yè)，從歷史表現(xiàn)上看，存儲(chǔ)器行業(yè)總是處于交替出現(xiàn)的漲跌循環(huán)之中。存儲(chǔ)器行業(yè)的波動(dòng)劇烈，其產(chǎn)業(yè)周期強(qiáng)于電子市場(chǎng)及電子元器件市場(chǎng)整體的周期性，暴漲暴跌的情況可謂常態(tài)。

從產(chǎn)值構(gòu)成來(lái)看， DRAM、 NAND Flash、 NOR Flash 是存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)的核心部分。這緣于一方面性能不斷提升的手機(jī)操作系統(tǒng)及日益豐富的應(yīng)用軟件極大地依賴于手機(jī)嵌入式閃存的容量；另一方面，萬(wàn)物互聯(lián)等新技術(shù)的涌現(xiàn)推動(dòng)數(shù)據(jù)量的急速膨脹。

▲主要存儲(chǔ)器產(chǎn)品

受益于上述兩因素， 2018 年全球半導(dǎo)體營(yíng)收去年達(dá) 4779.36 億美元，主要貢獻(xiàn)來(lái)自于存儲(chǔ)芯片。存儲(chǔ)芯片占半導(dǎo)體總營(yíng)收的比重從 2017 年的 31%上升至了 2018 年的 34.8%，占比最大。 CAGR 明顯高于集成電路整體市場(chǎng) CAGR，從存儲(chǔ)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)看， DRAM 占比 57.1%， NAND Flash 占比 39.49%， NOR Flash占比 3.41%。

1、DRAM

在半導(dǎo)體科技極為發(fā)達(dá)的***，內(nèi)存和顯存被統(tǒng)稱為記憶體，即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體(DRAM)， DRAM是最常見(jiàn)的存儲(chǔ)器，只能將數(shù)據(jù)保持很短的時(shí)間。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，使用電容存儲(chǔ)，所以必須隔一段時(shí)間刷新一次，如果存儲(chǔ)單元沒(méi)有被刷新，存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失。

DRAM 是相對(duì)于 SRAM 而產(chǎn)生的， SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)是隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的一種, 這種存儲(chǔ)器只要保持通電，里面儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就可以恒常保持。 SARM 的優(yōu)勢(shì)是訪問(wèn)速度快、功耗非常低，缺陷是單位存儲(chǔ)密度不足，成本較高, 因而不適合用于更高儲(chǔ)存密度低成本的應(yīng)用，如 PC 內(nèi)存。 DRAM 除了兼具SRAM 特點(diǎn)外還擁有非常高的密度，單位體積的容量較高，因此成本較低，幾乎適用于任何帶有計(jì)算平臺(tái)的個(gè)人消費(fèi)類或工業(yè)設(shè)備，從筆記本電腦和臺(tái)式電腦到智能手機(jī)和許多其他類型的電子產(chǎn)品等。

▲SRAM和DRAM 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

隨著 CPU 性能的不斷提高，終端產(chǎn)品內(nèi)存也需要逐步升級(jí)，高性能的內(nèi)存搭配高性能的 CPU 才能最大的發(fā)揮它的價(jià)值與優(yōu)勢(shì)， DRAM 發(fā)展到現(xiàn)在已歷經(jīng)了五代，從第一代 SDRAM，到如今的第五代 DDR4SDRAM。 DRAM 沿著傳輸速率更大，總線計(jì)時(shí)器更多，預(yù)讀取量更大，數(shù)據(jù)傳送速率更快，供電電壓更小的方向發(fā)展。

▲SRAM、 DRAM、 SDRAM、 DDR3、 DDR4 參數(shù)對(duì)比

▲DRAM 傳輸速度跟隨 CPU 性能提升不斷提高

從行業(yè)上看，早期計(jì)算機(jī)應(yīng)用占了整個(gè) DRAM 產(chǎn)業(yè)高達(dá) 90%份額， 2016 年開(kāi)始伴隨大容量智能手機(jī)崛起，手機(jī)逐漸取代 PC 成為 DRAM 產(chǎn)業(yè)的主流，同時(shí)云服務(wù)器 DRAM 需求涌現(xiàn)的帶動(dòng)是功不可沒(méi)的推手，包括 Facebook、 Google、 Amazon、騰訊、阿里巴巴等不斷擴(kuò)充網(wǎng)路存儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)于云存儲(chǔ)、云計(jì)算的 需求提升，都帶動(dòng)服務(wù)器 DRAM 需求起飛，目前 DRAM 行業(yè)一直被美韓三大存儲(chǔ)器公司壟斷,三星、海力士、美光占據(jù)了全球市場(chǎng)的 95%以上。

▲主要 DRAM 存儲(chǔ)器公司

DRAM 節(jié)點(diǎn)尺寸目前是由器件上最小的半間距來(lái)定義的，美光 DRAM 基于字線，三星和 SK 海力士則基于主動(dòng)晶體管，美光科技、 三星和 SK 海力士作為 DRAM 市場(chǎng)的主導(dǎo)廠商，這三家公司擁有各自的工藝節(jié)點(diǎn)。由于解決了這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，美韓三大廠商憑借領(lǐng)先的工藝水平拉開(kāi)了與其它存儲(chǔ)器廠商的差距。

2、 NAND Flash

NAND Flash 是 Flash 存儲(chǔ)器中最重要的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jī)?nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。 NAND Flash 存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

Flash 的內(nèi)部由金屬氧化層、半導(dǎo)體、場(chǎng)效晶體管(MOSFET)構(gòu)成，里面有個(gè)懸浮門(Floating Gate)，是真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。數(shù)據(jù)在 Flash 內(nèi)存單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲(chǔ)的。存儲(chǔ)電荷的多少，取決于圖中的控制門（Control gate）所被施加的電壓，它控制的是向存儲(chǔ)單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲(chǔ)的電荷的電壓是否超過(guò)一個(gè)特定的閾值 Vth 來(lái)表示。對(duì)于 NAND Flash 的寫入（編程)，就是控制 Control Gate 去充電（對(duì) Control Gate 加壓），使得懸浮門存儲(chǔ)的電荷夠多，超過(guò)閾值Vth，就表示 0。對(duì)于 NAND Flash 的擦除(Erase)，就是對(duì)懸浮門放電，低于閥值 Vth，就表示 1。

▲Flash 的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

▲NAND Flash 架構(gòu)圖

NAND FLASH 內(nèi)部依靠存儲(chǔ)顆粒實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，里面存放數(shù)據(jù)的最小單位叫 cell。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存 1 個(gè)信息位（bit），稱為單階儲(chǔ)存單元（SLC）， SLC 閃存的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度更快，功率消耗更低和儲(chǔ)存單元的壽命更長(zhǎng)，成本也就更高。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存 2 個(gè) bit，稱為多階儲(chǔ)存單元（MLC），與 SLC 相比，MLC 成本較低，其傳輸速度較慢，功率消耗較高和儲(chǔ)存單元的壽命較低。每個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)儲(chǔ)存 3 個(gè) bit 稱為三階儲(chǔ)存單元（TLC），存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)密度相對(duì) MLC 和 SLC 更大，所以價(jià)格也就更便宜，但使用壽命和性能也就更低。由于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量的不用，導(dǎo)致 SSD 從可擦寫次數(shù)、讀取時(shí)間、編程時(shí)間、擦寫時(shí)間存在差異。

▲閃存芯片存儲(chǔ)原理

▲SLC、 MLC、 TLC 性能對(duì)比

從工藝上看， NAND Flash 可以分為 2D 工藝和 3D 工藝，傳統(tǒng)的 2D 工藝類似于“一張紙”，但“一張紙”的容量是有瓶頸的，三星、英特爾、美光、東芝四家閃存大廠為了滿足大容量終端需求，均開(kāi)始研發(fā)多層閃存（3D NAND Flash），英特爾和美光引入市場(chǎng)的 3D Xpoint 是自 NAND Flash 推出以來(lái)，最具突破性的一項(xiàng)存儲(chǔ)技術(shù)，它通過(guò)單層存儲(chǔ)器堆疊突破了 2D NAND 存儲(chǔ)芯片容量的極限，大幅提升了存儲(chǔ)器容量，因此技術(shù) 3D NAND 具備了四個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是比 2D NAND Flash 快 1000 倍；二是成本只有 DRAM 的一半；三是使用壽命是 2D NAND 的 1000 倍；四是密度是傳統(tǒng)存儲(chǔ)的 10 倍。

除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)巨頭三星電子、 SK 海力士、美光科技，東芝和西部數(shù)據(jù)也是 NAND FLASH 領(lǐng)域不可忽視的重要力量。

▲主要 NAND FLASH 公司

應(yīng)用領(lǐng)域看， NAND-FLASH 廣泛應(yīng)用于固態(tài)硬盤(SSD), 固態(tài)硬盤按照存放數(shù)據(jù)最小單位 bit 來(lái)劃分主要可以分為 SLC-SSD、 MLC-SSD 和 TLC-SSD 三類。 SLC-SSD 具有高速寫入，低出錯(cuò)率，長(zhǎng)耐久度特性，主要針對(duì)軍工、企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)。 MLC-SSD 和 TLC-SSD 固態(tài)硬盤的應(yīng)用主要針對(duì)消費(fèi)級(jí)存儲(chǔ)，有著 2倍、 3 倍容量于 SLC-SSD， 同時(shí)具備低成本優(yōu)勢(shì)，適合 USB 閃盤，手機(jī)等。

▲NAND FLASH 主要應(yīng)用領(lǐng)域

整體上來(lái)看， DRAM 和 NAND FLASH 占據(jù)了存儲(chǔ)芯片市場(chǎng) 96%以上的份額， NOR Flash 由于存儲(chǔ)容量小，應(yīng)用領(lǐng)域偏重于代碼存儲(chǔ)，在消費(fèi)級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用上已出現(xiàn)被 NAND 閃存替代的趨勢(shì)，目前僅應(yīng)用于功能性手機(jī)，機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)線控制上。

由于存儲(chǔ)行業(yè)終端用戶的 IT 需求往往是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)三方面，廣泛分布于所有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有需求的各行各業(yè)，涵蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大部分領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

公司層面，由于未來(lái)以 DRAM 和 NAND FLASH 為主導(dǎo)的存儲(chǔ)器行業(yè)趨勢(shì)仍將延續(xù)，海外存儲(chǔ)器巨頭三星電子、 SK 海力士、美光科技、西部數(shù)據(jù)、東芝憑借三個(gè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)：國(guó)家資本支持，數(shù)量龐大的技術(shù)專利，對(duì)下游終端行業(yè)多年的滲透，控制了中高端存儲(chǔ)器市場(chǎng)，未來(lái)仍將繼續(xù)角逐存儲(chǔ)器行業(yè)。