理解记忆

新的半导体应用正在不断改变和改善我们的生活，从新的智能手机和可穿戴设备到医疗保健、工厂自动化和人工智能。在后台工作的不起眼的存储芯片在实现这些技术方面发挥着关键作用。例如，你刚刚拍的那张很棒的照片将永远失去记忆。如果没有内存的帮助，你的计算机无法执行你给它的指令——比如“打开这个文档”或“向我的电子表格中添加一列”。每次你点击“保存”，你刚刚创建的数据就会进入长期存储(内存)。虽然这些例子可能是显而易见的，但你有没有想过记忆是如何工作的?在这篇科技简报中，我们将从高水平上了解这项重要技术的基础知识。

101年记忆
逻辑芯片作为电子设备的“大脑”，通过数学运算来执行功能，而存储芯片则存储数据。存储芯片的基本组成部分是一个单元，一个带有电容器(以电荷形式存储数据)和一个或多个晶体管(激活数据)的微型电路。电容器要么充电要么放电，对应于两个可能的数据值(“1”或“0”)，其中这个最小的数据单位被称为“位”。

单元格排成一行，并具有位线结构，连接到称为字线的内存“地址”。地址提供了一种识别数据存储位置的方法，字行形成了一条电子路径，允许该行上的所有存储单元同时被激活以进行存储(“写”)或检索(“读”)。数据访问是通过电子信号启动的——行地址频闪仪(RAS)和列地址频闪仪(CAS)——它们一起在数组中精确定位单元的位置。如果电荷存储在选定电池的电容器中，这些信号导致晶体管传导，将电荷转移到连接的位线上，导致电压轻微增加，读数为“1”。

记忆的分类
内存技术通常根据数据的存储方式(易失性或非易失性)和访问方式(随机或顺序)进行分类。就功能而言，有两大类内存:主内存(主内存或内存)，它是处理数据的活动类型，辅助内存(数据存储)，它提供长期存储。

对于内存来说，速度是至关重要的，因为它保存了当前正在使用和/或更改的数据。想象一下，当你每次移动或错过一个回合时，你最喜欢的电子游戏就会暂停，因为你的智能手机的GPS应用程序无法及时改变方向。高速缓存是主存的一个子集，因为它存储等待执行的指令，所以对速度的要求最高。DRAM是主存储器中最常用的技术，因为它的速度和单独访问最小数据单元的能力是关键要求。

对于保存照片和文档等数据的存储，数据完整性和存储寿命远比速度重要得多。今天，存储设备的容量可以达到tb级(也就是1000 gb或100亿字节或1012字节)。闪存是用于存储的主要类型。在这里，考虑到能够保留大量数据的需求不断增长，存储数据的能力和具有成本效益的制造非常重要。

动态随机存取记忆体
对于主存，DRAM(动态随机存取存储器)是目前的标准。DRAM是一种易失性存储器，这意味着它需要功率来保存数据。“动态”是指电容器缓慢放电(数据泄漏)，其中充电需要定期刷新以保留数据。这不是理想的，因为它消耗额外的电力，并要求很高的耐力(读写多次的能力)。“随机访问”意味着到达任何内存地址都需要相同的时间。与NAND闪存和其他存储类技术较慢的顺序(按数据存储的顺序)访问相比，这提供了高效的数据访问。另一个速度优势是DRAM是位可变的，新数据可以直接覆盖现有存储的信息(不需要擦除步骤)。DRAM也是位可寻址的，允许访问单个数据位，而不仅仅是更大的块(通常称为“页读取”)，这对主存很重要。

DRAM的微小的一个电容-一个晶体管设计使其非常适合将大量的存储单元封装在一个小区域内，以实现高密度和高存储容量。事实上，数十亿个DRAM单元可以压缩到一个存储芯片上。多年来，速度、容量和功率的改进都是通过使用单道光刻技术来缩小器件特征。为了继续缩放，多重图案-涉及额外的光刻通道和沉积和蚀刻序列-现在弥补了光刻分辨率的限制。即便如此，DRAM电容器可以做得非常小，但仍然能够存储电荷(数据)。此外，设备越小，就越容易漏电。

闪存
Flash是一种用于数据存储的非易失性存储器(断电后仍保留数据)。这两种类型，NOR和NAND，它们的名字来自于单元中使用的逻辑门类型。NOR闪存一次读取和写入一个字(一个存储芯片中的所有单元)或字节的数据，这允许随机访问每个地址。NAND闪存管理的数据量更大，速度也比NOR快，但在存储新数据之前，必须先擦除现有数据。它们都不像DRAM那样快，也不是位可寻址或位可改变的，因此它们不能提供主存通常要求的性能。

NAND芯片比NOR芯片更小，因此可以实现更高的密度，而且制造成本更低。因此，NAND闪存已经成为大容量存储级存储器的主流，它被用于存储卡、USB驱动器和用于电脑、数码相机、智能手机和其他移动设备等日常产品的固态驱动器。虽然DRAM仍在推进平面(水平)缩放以增加容量，但NAND已经通过垂直缩放实现了密度缩放，就像3D NAND一样。在这里，存储单元是向上而不是向外添加的，晶圆上的空间和无法进一步收缩器件特性限制了密度。当然，要设计一种全新的结构，包括翻转电池或开发制造电池所需的新制造工艺，并不是一件简单的事情。有关垂直缩放和3D NAND的更多信息，请参阅我们的技术简报，内存“成长”与3D NAND。

新的记忆
虽然DRAM可能还有几代的改进，但几种替代方案正在探索中。例如，业界正在讨论未来可能的3D架构。同样，许多针对存储类应用程序的颠覆性内存技术正在开发中。请继续关注我们即将发布的技术简报“新内存的abc”，它将探索这些新的内存类型——它们是如何工作的，它们的应用，以及在开发这些有前途的技术时面临的挑战。

同时，我们希望对内存类型和应用程序的简要回顾有助于阐明各种区别。下次当你读到关于易失性或非易失性内存，使用随机访问或顺序读取，或涉及其他类别的内存时，你将对它的分类和可能的应用有更好的了解——前提是你能记住所有这些……