DRAM江湖标签：芯片之王

作者：二马路的冰

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出品：SOlab

深度好文，2380字=15分钟阅读

人类存储信息演变之路

甲骨文是人类最早期的信息存储方式之一。甲骨文也称“殷墟笔墨”，记载了大量殷商期间的王室占卜之辞，是中国古代文明中已知的、最早的、成体系的信息存储载体。信息存储的介质是龟甲和兽骨。

甲骨文存储了殷商王室的占卜记载信息 图片泉源：CCTV

到了唐朝，传说工匠可以在一粒大米上镌刻出一首唐诗，这意味着信息存储密度得到了大幅度进步，即单元面积可以容纳更多的信息。本日，读者搜一下淘宝大概京东网上，也可以找到很多米雕饰品的广告。

微雕技能 图片泉源：Google

当代文明中，在DRAM问世之前，人们存储数据的方法包罗打孔卡、打孔纸带、磁带、磁鼓、磁芯，等等。1725年，打孔卡和打孔纸带问世，这是最早的呆板化信息存储情势。

最早的数据存储介质：打孔卡 图片泉源：知乎

进入当代社会后，按照存储介质的差别，数字存储重要分为光学存储、磁性存储和半导体存储三类。

1928年磁带问世，磁性存储期间开始。

1949年，美国哈佛大学实行室的王安博士发明白磁芯存储器。

1956年，IBM公司购买了磁芯存储器专利，广泛应用于数据存储。

1970年，一种基于芯片工艺制成的、被称为DRAM的半导体存储器问世，人类进入半导体存储期间。

磁芯存储器是DRAM问世之前的重要数据存储载体 图片泉源：百度

随着物联网、人工智能、5G等财产的发展，人类社会已经步入数字经济期间。大数据以爆炸式速率伸张至金融服务、智能制造、医疗保健以及媒体娱乐等行业，改变了人类社会的生产和生存方式。

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据国际数据公司（IDC）测算，2020年，举世数据量到达了60ZB（泽字节，简称ZB，1ZB即是10万亿亿bit，相称于2.5万亿首mp3歌曲）。《数字中国发展陈诉（2021年）》指出，2021年，我国数据量到达6.6ZB，举世占比9.9%，位居天下第二。

据猜测，2025年，举世数据总量到将到达175ZB，中国数据量将增至48.65ZB，举世占比上升到27.8%，对GDP增长贡献率为1.5~1.8%。海量数据的存储天然离不开半导体存储器。

大数据以爆炸式速率伸张至各行各业 图片泉源：CCTV

DRAM芯片成王之路？

半导体产物的分类如下图所示。

半导体产物的分类 图片泉源：尚普研究院

此中，半导体存储器重要包罗DRAM、NAND Flash和NOR Flash三个相对独立、各司其职的种别，占据最泰半导体产物市场份额。

此中DRAM和NAND Flash占据半导体存储器市场份额的约98%，NOR Flash占据半导体存储器市场份额约为1%，别的的半导体存储器（SRAM、MRAM等）市场份额约为1%。

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DRAM英文全称为Dynamic Random Access Memory，中文名为动态随机存取存储器，广泛应用于个人电脑、服务器和手机等的内存，重要被用来看成这些装备的重要存储器，被喻为毗连中心处置处罚器（CPU）的“数据高速公路”，CPU从DRAM中读取指令。

固然，CPU要与DRAM举行精密打仗，比如，通过封装层叠技能（package-on-package），将DRAM直接堆叠在CPU上面，以镌汰两者毗连之间的电阻，从而低落功耗。

DRAM表现图 图片泉源：三星电子

DRAM约占芯片市场份额的1520%，不停稳居芯片市场份额的头把交椅，是最大宗的单一芯片产物。据估计，1970年至今，DRAM的累计贩卖额已经凌驾1万亿美元。

值得注意的是，这个累计贩卖额没有思量到50多年来通货膨胀引起的美元贬值因素。2021年举世芯片市场份额是5500亿美元, 此中DRAM占芯片市场份额为17.5%，达961亿美元。作为参考，美国波音公司的整年营收为622.86亿美元。

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DRAM的功能是暂存正在运行的各种步伐和数据。下图表现的是2021年问世的第5代双倍数据速率DRAM模组，即DDR5内存。

DRAM模组商采取的DDR5内存，单颗芯片容量64GBit 图片泉源：金士顿官网

DRAM是一种易失性存储器。其原理较为简朴，根本存储单元由一个晶体管加一个电容构成，即所谓的 1T1C 架构。1T指的是1个晶体管，1C指的是1个电容。晶体管1T可以视为一个开关，固然，这个开关不是人为手动去控制的，而是用一个工作电压去控制的，频率可以做到每秒几万次。

毫无疑问，工作电压越小，DRAM的功耗就越低。电容1C可以视为存储容量为1bit的二进制信息，即0和1。

具体来说，充放电后电荷的多少，即电势的高低，分别对应二进制数据0和1。字线与晶体管栅极相连，以控制往电容的通道；位线与晶体管源极相连，以读取位元格内储存的电荷，或在写入时提供电压。

DRAM中的存储单元结构原理 图片泉源：芯光社

DRAM根本架构简朴明白，因此操持比力简朴，远远没有逻辑芯片的操持那么复杂。

其根本原理是将单个存储单元像拼图一样拼接起来，分列成二维矩阵阵列，可以视为增大存储容量，从而在2D平面上实现高性能、高密度和高质量的存储功能。

由于采取局促的电容存储情势，电流会走漏至电容或从电容中流出，以是信息只能保持很短的时间，必须隔一段时间（通常64毫秒）举行充电以保持晶体管的电势，这个充电的动作叫做革新，以供 CPU 读写和处置处罚。这也是为何DRAM的名字中含有“动态”的缘故原由。作为对比，U盘使用的黑白易失性存储器NAND闪存，断电环境下信息可以恒久生存。

DRAM的操持版图 图片泉源：美光公司官网

消耗者对DRAM的容量照旧比力敏感的。比如，当初智能手机公司的使用体系通常会占用手机内存几个Gbit，也就是说，几个Gbit的智能手机内存出厂时就已经被陵犯，这导致消耗者实际可用的内存“缩水”，这迫使对内存需求量大的用户注册使用手机厂商的付费云存储体系。

当智能手机公司在宣传质料上埠迷此予以分析的时间，少数消耗者据此会告状智能手机公司。

DRAM的操持版图 图片泉源：美光公司官网