电脑卡顿时,你怒拍的那一下桌子和内存条断电瞬间消散的数据一样,都是当下最真实却留不住的记忆。
在我们用的手机、电脑里,NAND Flash和DRAM这对存储界的“左膀右臂”正悄悄分工协作,前者如一个大仓库保存着海量的照片、视频与文件,而后者则像一个灵活的工作台,实时处理着你看的视频、玩的游戏-8。

但这俩的脾气秉性大不相同。NAND仓库里的东西关上门还能留着,而DRAM工作台上处理的内容,一旦断电就瞬间消失,让人想起中学时没保存就突然蓝屏的电脑屏幕-4。

从最根本的原理上看,NAND Flash和DRAM采用了完全不同的物理结构。NAND Flash靠的是浮栅晶体管来存储数据,这个“浮栅”被绝缘层包裹着,电子进去后不容易跑出来,所以断电后数据还在-4。
DRAM则是一个更为“动态”的结构,它用一个晶体管加一个电容(1T1C)来存数据。电容充上电代表“1”,没电代表“0”-4。
这种结构差异直接导致了两者最核心的差异。DRAM里的电容会“漏电”,所以它得不断刷新,每隔一小段时间就给电容补电,不然数据就没了。而NAND Flash里的电子被“关”在浮栅里,不用刷新也能长时间保持-1。
这就像你用一个会漏水的桶(DRAM)和一个密封的罐子(NAND)装东西,前者得不停往里加水,后者盖上盖子就妥了。
NAND和DRAM在性能上各有长短,这也决定了它们的分工。DRAM这个“工作台”的读写速度快得惊人,延迟极低,是CPU处理数据时最喜欢的“黄金搭档”-7。
但它的缺点也明显:功耗高,且因为要不断刷新,对供电稳定性要求苛刻-7。
NAND仓库的读写速度相对慢些,尤其是写入前得先擦除整块数据,流程更复杂。但它胜在容量大、成本低、功耗也低-7。
你手机能存几千张照片、上百个应用,靠的主要就是NAND Flash。过去二十年,硬件算力增长了六万倍,而DRAM带宽只增长了一百倍-9。
数据传输的“路”变宽的速度,远远跟不上处理器这台“发动机”升级的速度。AI大模型推理时,大量的时间花在了等待数据从仓库搬运到工作台上,而不是实际计算,这堵“存储墙”成了眼下最头疼的瓶颈-9。
别看都是存储芯片,生产NAND和DRAM的产线设备配置可谓是天差地别。有观点认为可以利用现有NAND产线转产DRAM,但实际落地困难重重-2。
两者在制造上的核心工艺截然不同。DRAM的命门是电容,尤其是随着制程微缩,如何在纳米级的微小面积上,造出又深又稳、还不漏电的电容,是技术关键,需要精密的ALD(原子层沉积)工艺-2。
而3D NAND的核心是深孔刻蚀,要像用极其精准的钻头,一口气垂直打穿几百层交替堆叠的材料-2。
产线上的设备也大不相同。造先进DRAM,对光刻精度的要求直逼CPU,需要大量高端光刻机。NAND主要靠立体堆叠增加容量,对光刻精度依赖反而较低-2。
面对“存储墙”难题,产业正在多路突围。最引人注目的方向之一是存内计算。这种架构试图从根本上改变“计算单元处理数据、存储单元仅保存数据”的传统模式,将简单的计算功能直接放到存储单元内部或旁边-9。
在典型的AI芯片中,超过90%的能耗可能消耗在了数据搬运上,而不是实际计算。存内计算让数据“就地处理”或“近处处理”,大幅减少无谓的搬运,能效提升潜力巨大-9。
另一条战线是探索全新的存储介质,希望找到能兼顾DRAM速度和NAND非易失性的“全能选手”-6。
像MRAM、PCM、ReRAM等新型存储器正从实验室走向市场。以MRAM为例,它利用电子自旋特性存储数据,读写速度可比肩SRAM,同时断电不丢数据,且几乎拥有无限的擦写寿命-6。
这些技术虽未完全成熟,但已在特定领域崭露头角,为未来存储架构的演变提供了新的可能性。
手机提示存储空间不足时,你删掉的是NAND仓库里成堆的旧文件;而游戏卡顿加载缓慢,往往是DRAM工作台与处理器之间的数据传输遇到了瓶颈。技术演进正试图将仓库的“记忆”与工作台的“速度”合二为一。当芯片不再区分计算和存储的物理界限,海量数据处理将像呼吸一样自然流畅。