存储芯片,是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用。因此,无论是系统芯片还是存储芯片,都是通过在单一芯片中嵌入软件,实现多功能和高性能,以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。

 

存储芯片技术主要集中于企业级存储系统的应用,为访问性能、存储协议、管理平台、存储介质,以及多种应用提供高质量的支持。随着数据的快速增长,数据对业务重要性的日益提升,数据存储市场快速演变。从DAS、NAS、SAN到虚拟数据中心、云计算,无不给传统的存储设计能力提出极大挑战。

 

对于存储和数据容灾,虚拟化、数据保护、数据安全(加密)、数据压缩、重复数据删除、自动精简配置等功能日益成为解决方案的标准功能。用更少的资源管理更多的数据正在成为市场的必然趋势。然而,以上提及的这些优化功能都需要消耗大量的CPU资源。如何快速实现多功能的产品化进程,保证优化后系统的高性能,是存储芯片发展的市场驱动力。

 

存储芯片的分类

根据存储芯片断电后是否可持续保存数据,可分为易失性和非易失性两种。

 

其中,易失性存储芯片可分为DRAM和SRAM,对比DRAM和SRAM来看:SRAM单个存储单元所需晶体管数量较多、读写速度较快,但整体价格较贵且容量较小,因此只在要求比较苛刻的地方使用(CPU的一级缓存、二级缓存等)。而DRAM单个存储单元仅需一个晶体管和一个电容,整体集成度较高、容量较大、在价格上存在显著优势,不过速度会低于SRAM,多应用于电脑、手机等设备的系统内存。

 

而非易失性存储芯片可分为NAND FLASH和NOR FLASH,对比NAND和NOR来看:NOR的特点是可在芯片内执行,也即应用程序可直接在FLASH之上运行,因而读取的效率很高,但仅在小容量时(1~16MB)具备较高的性价比。NAND的特点是存储容量较大、改写速度优于NOR,广泛应用于U盘、固态硬盘等领域。

 

ASIC技术和FPGA技术两种方法都能用来实现存储芯片产品化。

 

具体来看:

ASIC(专用集成电路)在存储和网络行业已经得到了广泛应用。除了可以大幅度地提高系统处理能力,加快产品研发速度以外,ASIC更适于大批量生产的产品,根椐固定需求完成标准化设计。在存储行业,ASIC通常用来实现存储产品技术的某些功能,被用做加速器,或缓解各种优化技术的大量运算对CPU造成的过量负载所导致的系统整体性能的下降。

 

FPGA(现场可编程门阵列)是专用集成电路(ASIC)中级别最高的一种。与ASIC相比,FPGA能进一步缩短设计周期,降低设计成本,具有更高的设计灵活性。当需要改变已完成的设计时,ASIC的再设计时间通常以月计算,而FPGA的再设计则以小时计算。这使FPGA具有其他技术平台无可比拟的市场响应速度。

 

新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷(多数工具以微微秒-百亿分之一秒计算)的特性。同时,厂商可对FPGA功能模块和I/O模块进行重新配置,也可以在线对其编程实现系统在线重构。这使FPGA可以构建一个根据计算任务而实时定制软核处理器。并且,FPGA功能没有限定,可以是存储控制器,也可以是处理器。新一代FPGA支持多种硬件,具有可编程I/O,IP(知识产权)和多处理器芯核兼备。这些综合优点,使得FPGA被一些存储厂商应用在开发存储芯片架构的全功能产品。

 

中国存储器芯片市场广阔

根据权威机构统计,中国存储器芯片行业整体不断发展,市场规模从2014年的45.2亿美元增长到了2019年123.8亿美元,年复合增长率高达28.6%。预计未来中国存储器芯片还将继续保持稳定增长的态势。到2024年,中国存储器芯片市场份额有望突破522.6亿美元,占全球市场的14%。2019年中国封测市场规模约为340.61亿美元,约占全球市场的60%,存储封测行业作为我国半导体产业的先行推动力,目前高端存储封测行业处于高速发展的状态。但国产化极低,国产替代空间巨大。