打开电脑，看着内存条上密密麻麻的芯片，你可能不知道，这里面每个微小的存储单元都在与时间赛跑，每64毫秒就要“复习”一遍自己存储的数据。
1984年到1985年间，个人电脑和工作站的兴起，让DRAM一举成为半导体市场中市占最大的单一产品-1。这种 “充电式”内存 从此成了几乎所有计算设备的核心组件。
但你可能没想过，这玩意结构简单成本低，却有个要命的毛病——记性特别差，差到需要不断被提醒自己存了啥。
上世纪70年代，DRAM登上历史舞台，一举取代了之前的磁芯存储器-1。 它成为了计算机冯·诺依曼架构中一个至关重要的模块。
你可能听说过那个有趣的比喻：DRAM就像是设备的“充电内存”，因为它真的需要不断“充电”才能记住东西-2。
说起来，DRAM的发展历程还挺戏剧性的。它曾是摩尔定律的主要技术推手，因为它制程的进展直接决定了记忆体容量-1。
那会儿日本、韩国、台湾的许多公司都纷纷投入DRAM产业，毕竟这代表着投入半导体产业中最先进的制程。
但好景不长，2000年初，DRAM的制程领先地位首先被NAND超越，之后逻辑制程又超越了NAND-1。
这个曾经的技术引领者，慢慢变成了追赶者。而这一切，都跟它的基本结构脱不了干系。
DRAM的结构，说白了就是一个晶体管加一个电容，专业点叫1T1C结构-1。 电容负责存储电荷，晶体管则负责访问这个电容。
电容上电荷的有无，就代表着信息的“1”和“0”-1。 当需要读取或写入数据时，就打开那个晶体管开关。
这个设计巧妙归巧妙，但问题出在物理规律上——电容上的电荷会随着时间慢慢溜走，哪怕你一直保持着电压差不变-1。
电荷流失的速度跟电容两片平行电板之间的距离成反比，跟面积和介电常数成正比-1。 所以为了不让数据“蒸发”，DRAM必须定期刷新存储的信息，目前这个刷新间隔是64毫秒-1。
简单来说，DRAM就像一块不断漏水的海绵，你得定时往上面浇水，才能保持湿润。
DRAM结构的优点很明显，不然它也不可能统治内存市场这么多年。
第一就是成本低廉。DRAM是目前最便宜的存储器类型之一-4。 你想啊，每个存储单元只需一个晶体管和一个电容，比起SRAM每个比特需要六个晶体管，省了多少材料-2。
第二是密度高。DRAM可以在很小的空间里存储大量数据-4。 这个特性对于需要高存储密度的应用来说至关重要。正因为结构简单、面积消耗小，DRAM才适合制作逻辑芯片外的大容量存储芯片-5。
第三是性能不错。虽然DRAM的访问速度比SRAM慢，功耗也比较大-2， 但它的读写速度在大多数应用场景下已经足够快-4。
这些优点让DRAM成为了计算机内存的不二选择。你的电脑、手机、服务器，几乎所有的电子设备，都在用这种“需要不断充电的记忆”。
但DRAM结构的优缺点就像一枚硬币的两面，它的缺点也同样突出。
首先就是挥之不去的易失性问题。DRAM需要不断刷新才能保持数据，一旦断电或刷新失败，数据就会立刻消失-4。 这意味着你在打游戏或写文档时如果突然停电，没保存的工作就真的没了。
其次是那个烦人的刷新开销。DRAM的刷新操作需要消耗额外的功率和性能-4。 在64毫秒的刷新周期内，所有行都需要被读取并重写一遍-5。 这在高性能计算和大数据应用中，会成为不可忽视的额外负担。
第三个问题是制造上的挑战。随着制程微缩，DRAM的1T1C结构遇到了尖锐的挑战-1。 工艺越先进，电容制造就越困难，电晶体漏电流问题也越严重。
特别是电晶体漏电流问题，对电容保存信息的能力是致命的-1。 而且随着电晶体通道变短，闸极对电流的控制能力也变弱，这就是令人头疼的短通道效应-1。
面对这些挑战，业界也在寻找各种解决方案，甚至可能取代DRAM的新技术。
2T0C DRAM 是近年来备受关注的方向之一。它采用双晶体管架构，完全摒弃了传统的存储电容-8。
这种设计利用浮体效应、栅极耦合等机制存储电荷，能实现更高的密度和更低的功耗-8。
DFM（动态闪存） 是另一个有趣的尝试。它也是易失性存储器，但由于不依赖电容器，泄漏路径较少-7。 据说DFM的密度可达DRAM的四倍，对DRAM的限制可能从16Gb立刻提升到64Gb-7。
IBM则另辟蹊径，展示了有史以来最小的无电容器DRAM，存储单元长度只有14纳米-7。 他们使用InGaAs这样的III-V材料，可能实现更低的工作电压和功耗-7。
不过话说回来，虽然这些新技术各有千秋，但DRAM凭借成熟的产业生态和极致的成本控制，短期内仍难以被完全取代。
毕竟在计算机世界里，“足够好且足够便宜” 往往比“完美但昂贵”更有市场。
一位电脑游戏玩家看着高端内存条的宣传语问道：“厂商总说低延迟高频率的DRAM对游戏好，这里面DRAM的结构优缺点到底起了什么作用？”
游戏确实能体现DRAM结构优缺点的综合影响。DRAM的高密度和低成本-4 让16GB甚至32GB大容量内存成为游戏电脑标配，这是优点；但同时内存延迟和刷新开销-4 又直接限制了游戏场景加载和实时响应的速度。
刷新操作每64毫秒就要发生一次-1， 这期间内存访问会有短暂延迟。高性能游戏内存通过优化刷新算法和降低时序来缓解这一问题。未来2T0C等新技术-8 如能减少刷新需求，将直接提升游戏体验。
一位半导体行业新人员工好奇：“从技术角度看，DRAM结构优缺点中哪个最可能被突破？电容问题还是晶体管漏电？”
两者都面临挑战，但电容问题可能更紧迫。随着制程微缩，电容的宽高比已接近1：50的极限-1， 难以继续增加高度来维持电容值。而晶体管漏电问题虽有挑战，但通过RCAT、鞍鳍晶体管、埋栅晶体管等结构创新-1， 仍在逐步改善。
从产业趋势看，无电容器DRAM技术如2T0C-8 正成为研究热点，这可能从根本上改变DRAM结构优缺点格局。不过电容制造工艺成熟，完全替代还需时日。
一位数据中心工程师担忧地问：“我们数据中心DRAM的刷新功耗占比越来越高，未来有什么技术能改善这个问题？”
这是个很实际的问题！数据中心规模越大，DRAM刷新功耗问题就越突出。传统DRAM刷新功耗可能占整体功耗的20%-40%。
目前有几种方向：一是改进刷新机制，如智能刷新只刷新必要区域；二是采用新材料，如铟镓锌氧化物晶体管的2T0C DRAM可大幅延长保持时间-8；三是架构创新，如3D集成将存储单元堆叠在逻辑电路上-8， 减少数据传输距离。
IBM研究的基于III-V材料的无电容器DRAM-7 也是很有潜力的方向，能在14纳米尺度工作且功耗更低。这些技术可能在未来3-5年逐渐落地，帮助数据中心降低运营成本。
