存储芯片,也被称为半导体存储器,是以半导体电路作为存储媒介的记忆设备,用于保存二进制数据。它在计算机系统中扮演着至关重要的角色,用于临时或永久地存储数据和指令。
最直观的理解,我们买手机的时候都要选择的“XXGB+XXXGB”中,前面的那个指的是RAM,后面的那个指的是ROM。
随机存取存储器 (RAM):RAM 全称为“Random Access Memory”,是易失性存储器,其特点是断电后会丢失数据。举例来说,当我们在使用 Word 或 Excel 时,如果没有保存文件,突然关机或断电后再重启,文件中的数据就会丢失。这是因为我们在没有点击保存时,数据存储在计算机内存中,只有在点击保存后,数据才会保存到硬盘中。RAM 的每一个位单元由一个电容和一个晶体管组成,电容在断电的情况下会漏电,因此数据会丢失。虽然 RAM 存在断电丢失数据的缺点,但由于其读写速度较快,被广泛应用于 PC 机的内存、智能手机和服务器,一般被用来存储用户当前正在运行的程序。所以我们手机中后台运行的程序,其实利用的是RAM的存储空间。所以RAM越大,可以同时运行的东西也就越多。
比方说,现在的安卓手机如果只有8G内存,一般是不太够用的,同时运行几个程序,就会出现后台程序被清退的情况,再切回去要重新打开应用,非常恼火。
关于RAM,还有一个概念需要关注,也就是它的“标准”,我们常听到的LPDDR5,说的就是标准。LPDDR全称为“Low Power Double Data Rate SDRAM”, 它是美国 JEDEC 固态技术协会面向低功耗内存而制定的通信标准,以低功耗和小体积著称,专门用于移动式电子产品。
LPDDR的版本号越高,RAM的读写速度就越快。LPDDR至今已经发展到了LPDDR5,目前市场上的旗舰机型用的几乎都是LPDDR5,中端机型大多数用的都是LPDDR4X或LPDDR5。
只读存储器 (ROM):ROM全称为“Read-Only Memory”,中文名是“只读存储器”,属于非易失性存储器。与RAM不同,存放在ROM当中的数据可以被永久存储,即使设备断电关闭,ROM中的内容也不会丢失。我们电脑中的硬盘所用的存储芯片就是一种 ROM。ROM 的存储原理是通过电子在隧穿效应下从隧穿层进入浮栅存储起来,阈值电压较高,对应逻辑为 0;在向栅极施加负向偏压时,浮栅中的电子退出隧穿层,阈值电压较小,对应逻辑为 1。即使电流消失,阻挡层与隧穿层也能保证浮栅中的电子不丢失,从而保证数据的完整性。相比 RAM,ROM 的优点在于断电不失数据,且成本较低,但写入速度较慢。
ROM同样也有相应的标准,也是由美国 JEDEC 固态技术协会制定的,目前最新的版本号为UFS 3.1。从性能上来说,从高到低依次为UFS 3.1>UFS 3.0>UFS 2.1>UFS 2.0。
RAM中的主要产品包括DRAM和SRAM,一个是“动态”(Dynamic),一个是“静态”(Static)。所谓的“静态”,是指这种存储器只要保持通电,里面储存的数据就可以恒常保持。相对之下,DRAM里面所储存的数据就需要周期性地更新。然而,当电力供应停止时,SRAM储存的数据还是会消失(被称为volatile memory)。
SRAM的集成度和功耗都不如DRAM,造价也比较高,所以SRAM主要用于高速缓存(Cache),主要是CPU和存储器临时交换数据的地方。主要的运行存储还是靠DRAM。当前很火的HBM,实际上也是DRAM的衍生产品。
ROM(只读存储器)的特点是只能读出而不能写入信息,通常在电脑主板的ROM里面固化一个基本输入/输出系统,称为BIOS(基本输入输出系统)。其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。
后来,又出现了可以快擦除的读写存储器,也就是闪存(Flash),关于闪存是否属于ROM,一向存在争议。闪存又分为NOR和NAND,两者在结构和性能表现上有所差别:
近二十年来,也不断涌现了一些新型的存储器,希望能结合DRAM速度快和NAND不断电的优势,比如之前美光与英特尔合作的3D-Xpoint、相变存储器等,但都没有达到大规模量产的要求。所以现在DRAM和NAND依然是存储芯片中的主流产品,在存储器市场中占比超过90%,DRAM略微多一点点,但在现在的信息社会中,普遍预测NAND将会超过DRAM。
高速缓存(CPU Cache):使用静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory,简称SRAM)的芯片。
内存(DRAM):使用动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,简称DRAM)的芯片,比起 SRAM 来说,它的密度更高,有更大的容量,而且它也比 SRAM 芯片便宜不少。
硬盘:目前主要分为固态硬盘(Solid-state drive,简称SSD)和机械硬盘(Hard Disk Drive,简称HDD)。SSD的核心就是DRAM和NAND,HHD则是磁性存储器,不属于半导体存储器了,虽然造价比SSD低,但已经逐渐被市场淘汰。
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