环球速看：存储器行业专题研究：双墙阻碍算力升级，探讨四大新型存储应用

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传统存储难破双墙阻碍，智联时代新型存储应运而生。 AIoT、 5G、智能汽车等新兴应用场景对数据存储在容量、速度、功耗、成本、可靠性等层面提出更高要求。但 CPU 与存储芯片间的“性能墙”与各级存储芯片间的“存储墙”成为限制传统存储器应用于新兴领域的两座难关。 基于材料介质改造或技术升级的 PCRAM、 MRAM、 ReRAM 和 FeRAM 四大类新型存储， 或将成为未来存储器的发展趋势之一。

模糊外存和主存界限， PCRAM 产业化面临障碍。 PCRAM（相变存储器）通过改变温度实现相变材料电阻变化，以此为基础存储数据信息。 PCRAM 目前无物理极限，厚度 2nm 的相变材料可以实现存储功能，因此可能解决存储器工艺的物理极限问题，成为未来通用的新一代半导体存储器件之一。 国际厂商英特尔先后与三星、美光合作开展 PCRAM 研发，国内厂商时代全芯也已掌握研发、生产工艺和自主知识产权。 但 PCRMA 对温度的高敏感度、存储密度过低、高成本、低良率等问题限制其大规模产业化， 2021 年美光宣布停止基于3D XPoint 技术产品的进一步开发。

MRAM 产品进入量产， eMRAM 替代 SRAM 空间大。 MRAM（磁存储器）的基本单位为磁隧道结（MTJ） ， Everspin 为独立式 MRAM 龙头， IBM、三星、瑞萨走在嵌入式 MRAM 技术前沿。 其中， 独立式 MRAM 目前已经应用于航空、航天、军工等对可靠性要求较高的领域，但市场规模较小。 嵌入式MRAM 已成功进入 MCU 嵌入式系统，并逐步替代慢速 SRAM 成为工作缓存新方案，应用于相机 CMOS 等。 未来嵌入式 MRAM 更具成长空间， 提速降价后有望替代 SRAM 或 eDRAM 等高速缓存，进入手机 SoC 和 CPU 等产品。

ReRAM 有望替代 eFlash， 成长空间广阔。 ReRAM（可变电阻式存储器）以基本单位电阻变化存储数据。 Data Bridge 测算 2022 年全球 ReRAM 市场规模为 6.07 亿美元， 预计 2030 年有望达到 21.60 亿美元。松下、富士通等为ReRAM 产品主要设计厂商，国内兆易创新与昕原半导体也基本实现商业化。其中， 独立式 ReRAM 目前在工业级小容量存储得到广泛应用，并在 IoT 领域逐步替代 NOR FLASH，突破容量和读写速度后有望替代闪存进入企业级存储市场。 嵌入式 ReRAM 目前已替代 eFLash 可用于模拟芯片内，进一步有望进入 MCU 芯片等，技术长足发展后有望进入 CPU 作为最后一级高速缓存。

FeRAM 研发正当时，多种优势突破传统存储限制。 FeRAM 具有非易失性、读写速度快、寿命长、功耗低、可靠性高等特点。小部分 FeRAM 产品已实现量产。但 FeRAM 存储密度较低，容量有限，无法完全取代 DRAM 与 NANDFlash，在对容量要求不高、读写速度要求高、读写频率高、使用寿命要求长的场景中拥有发展潜力。国际厂商英飞凌、富士通等已实现 FeRAM 在汽车电子的应用，国内厂商汇峰已实现 130nm 制程 FeRAM 产品小批量量产。 目前FeRAM 技术瓶颈尚在，仍需继续研究突破。

四种新型存储优势各异。 持久性方面， MRAM、 FeRAM 较高； 存储密度方面， FeRAM 较低， MRAM、 PCM、 RRAM 较高； 读写速度方面， FeRAM最快； 读写功耗方面， PCM 最高， MRAM、 FeRAM、 RRAM 均较低； 抗辐射方面， 除 MRAM 外，其他均较高。

风险提示： 技术进展不及预期的风险/市场规模增速不及预期的风险

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