一片指甲盖大小的芯片上,两种存储技术正在上演关乎未来数据世界的无声较量。

最近三个月,DRAM现货价格暴涨300-400%,NAND闪存同步大涨200%-3。设备制造商正在被迫调整产品配置和发布时间,这种市场波动凸显了我们现有存储技术的局限性。

随着数据爆炸式增长,传统存储器已开始面临无法超越的“墙”-4。而PCRAM和DRAM作为两种关键存储技术,正在重塑我们对数据存储的认知


01 技术本质:相变与电容的存储哲学

存储器世界的两大阵营工作原理大相径庭。DRAM靠的是电容,一个微小电容器储存电荷代表“1”,没电荷代表“0”。简单直接,但电容会漏电,所以DRAM必须不断刷新,这也解释了为什么它是“易失性”存储。

PCRAM则完全不同,它用的是一种叫做硫属化合物的特殊材料,主要是Ge2Sb2Te(GST)-1

这种材料有个神奇特性:加热后冷却速度快就变成非晶态(高电阻,代表0);加热后慢慢冷却则变成晶态(低电阻,代表1)-9

简单说,DRAM是“电荷存储器”,PCRAM是“状态存储器”。前者需要持续供电维护数据,后者一旦写入状态就能保持,断电也不怕。

02 性能较量:速度、密度与功耗的三重奏

如果对比两种技术的具体参数,差异就更加明显了。DRAM的最大优势在于速度——目前的读取延迟可以低至几十纳秒,这是它作为主存储器难以被替代的主要原因。

PCRAM的读取时间大约是DRAM的两倍,这成为它替代DRAM的主要障碍-8

不过在密度方面,PCRAM展现出巨大潜力。2nm厚度的相变材料就能实现存储功能,这为解决存储器物理极限问题提供了可能-2。相比之下,DRAM的微缩已面临挑战。

功耗是PCRAM的另一张王牌。它不需要像DRAM那样不断刷新,待机功耗几乎为零。对于那些需要长期保持数据又对电量敏感的设备,这种特性简直是救星。

03 制造挑战:新材料带来的生产革命

说起制造,DRAM工艺已经相当成熟,但它继续沿着传统的平面微缩路线前进,面临物理极限的挑战-1

而PCRAM则采用完全不同的材料体系,这给生产工艺带来了革命性变化。

生产PCRAM需要使用硫属化合物,这类材料在刻蚀过程中容易受损-1。当存储单元密集排列时,材料受损问题变得更加突出。

业界正在从反应离子刻蚀技术转向离子束刻蚀技术,以减少化学损伤-1

另一个棘手问题是封装前的材料保护。硫属化合物很容易被氧化,周围环境中的氧气和湿气在几秒到几小时内就会造成污染-1

这就要求生产环境必须严格控制,增加了制造成本和复杂度。

04 市场定位:互补而非替代的存储生态

当前的市场格局显示,PCRAM和DRAM更像是互补关系而非直接竞争者。

DRAM牢牢占据着主存储器位置,而PCRAM则在寻找自己的利基市场。

目前来看,PCRAM最有希望的是成为“存储级内存”,填补DRAM和传统存储之间的空白-1。这种定位让它可以利用非易失性和相对较高的速度,在某些特定场景替代部分DRAM功能。

在嵌入式应用领域,PCRAM也展现出潜力。与DRAM相比,新型存储器如PCRAM提供了更多工具来增强近存储器计算,也是下一阶段存储器内计算的构建模块-10

05 应用前景:从云数据中心到边缘设备

PCRAM的应用前景多样且具体。在云计算和大数据中心,它可以作为DRAM的补充,提供比NAND和硬盘更快的读取性能-4

这能显著改善数据密集型应用的表现。

物联网和边缘计算是PCRAM的另一个潜在主战场。边缘AI设备需要在低功耗条件下快速处理数据,PCRAM的非易失性和较高速度正好满足这些需求-7

对于消费电子产品,PCRAM可能首先在特定组件中找到应用。比如,它有望替代部分嵌入式闪存,为设备带来更快的启动速度和数据访问体验。


DRAM价格飙升正迫使整个行业寻找替代方案-3。随着边缘AI部署加速,2030年边缘AI设备收入预计将达到1030亿美元-3

存储墙的突破可能不再依赖于单一技术,而在于多种存储技术的协同与创新。 未来的设备可能会根据数据的热度,智能地将信息分布在DRAM、PCRAM和传统存储之间,形成高效的数据生态系统。

网友互动问答

网友“科技好奇者”问: 我是个普通消费者,不懂那么多技术细节。就想知道如果未来手机用了PCRAM,我充电次数能减少吗?手机会不会便宜点?

说实话,您这个问题问到了点子上!咱们普通用户最关心的不就是这些实际体验嘛。如果手机真的采用PCRAM技术,情况会有点复杂。

充电次数方面,可能会有一定改善,但可能不会像您期待的那么明显。因为PCRAM主要省的是“待机功耗”——就是手机放着不用时,维持数据不丢失所消耗的电量。

现在的DRAM需要不断刷新来保持数据,PCRAM则不需要。这意味着手机待机时间可能会变长,但实际使用时的功耗主要还是屏幕和处理器决定的。

至于价格,短期内可能不会便宜,反而可能更贵。任何新技术刚开始量产时成本都比较高,就像5G手机刚出来时比4G手机贵一样。

但长期来看,如果PCRAM真的能解决存储密度问题,意味着同样容量的存储占用更小空间,厂家就能把电池做得更大,或者加入更多其他功能。

网友“半导体工程师”问: 我在芯片制造厂工作,想知道如果未来要转型生产PCRAM,我们需要做哪些最重要的工艺调整?投资会很大吗?

同行你好!转型生产PCRAM确实需要一些重要的工艺调整,投资也不小。最关键的变化在材料系统和刻蚀工艺上。

你们可能需要引入全新的材料沉积设备。PCRAM使用硫属化合物,特别是Ge2Sb2Te这类材料-1。这些材料在标准CMOS生产中不常见,沉积时需要精确控制成分和厚度。

刻蚀工艺也得大改。传统RIE工艺可能会损坏PCRAM材料,产生非挥发性副产物-1。你们可能需要转向离子束刻蚀技术,这种物理刻蚀方法可以减少化学损伤。

还需要加强环境控制能力。硫属化合物对氧气和湿气很敏感,封装前容易被污染-1。这意味着需要更严格的无尘室控制和更快的工艺流转速度。

投资方面,初期肯定不小。新设备、新材料、工艺研发都需要资金。但长期看,如果PCRAM市场需求真的起来,先布局的企业会有很大优势。

网友“投资观察员”问: 从投资角度看,PCRAM技术目前处于什么阶段?有哪些上市公司在这领域有布局?未来3-5年的发展前景如何?

从投资视角看,PCRAM技术正处于从研发向产业化过渡的关键阶段。有点像新能源汽车10年前的状态——技术基本可行,但成本、良率还需要优化。

目前布局的企业可以分几个阵营。国际大厂中,英特尔和美光曾合作开发3D XPoint技术,这是PCRAM的一种实现-2。虽然美光后来暂停了进一步开发,但积累了宝贵经验。

国内方面,有一些企业也在积极布局。比如时代全芯已掌握PCRAM的研发、生产工艺和自主知识产权-2

未来3-5年,PCRAM的发展可能会集中在几个利基市场。首先是替代部分特殊应用的DRAM,比如对非易失性有要求的场景。

其次是在嵌入式领域替代部分闪存。最后可能在一些新兴领域如边缘AI设备中找到突破口-7

投资这类技术公司需要关注几个关键指标:良率提升情况、成本下降曲线、以及是否有大客户的实际订单。毕竟从实验室到量产还有很长距离。