在ChatGPT等大模型廣泛應(yīng)用的今天，企業(yè)對存儲介質(zhì)和架構(gòu)也有了新需求——要速度快、容量大、能耗低、壽命長、還能適應(yīng)多場景需求。

傳統(tǒng)的NAND Flash、DRAM已經(jīng)無法完全滿足AI、IoT、車載系統(tǒng)等對存儲的“全能”需求。加上今年新出的復(fù)旦大學(xué)研發(fā)的破曉（PoX），還有之前一批努力進(jìn)步的存儲介質(zhì)——PCM（相變存儲）、MRAM（磁變存儲）、ReRAM（阻變存儲）、FRAM（鐵電存儲），有的初登舞臺，有的商用進(jìn)行時，有的成品發(fā)售中…之所以每年都要提，是因?yàn)槊磕甓加胁灰粯?，新型存儲介質(zhì)的最新動態(tài)值得關(guān)注。

破曉（PoX）皮秒閃存

首先是破曉（PoX），2025年4月中旬，復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院的周鵬-劉春森團(tuán)隊(duì)在集成電路領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破，研制出“破曉（PoX）”皮秒閃存器件，其擦寫速度可提升至亞 1 納秒（400 皮秒），相當(dāng)于每秒可執(zhí)行 25 億次操作，是迄今為止世界上最快的半導(dǎo)體電荷存儲技術(shù)，性能超越同技術(shù)節(jié)點(diǎn)下世界最快的易失性存儲SRAM，實(shí)現(xiàn)了存儲、計(jì)算速度相當(dāng)。這一技術(shù)有望徹底顛覆現(xiàn)有存儲器架構(gòu)，未來個人電腦將無需分層存儲，還能實(shí)現(xiàn)AI大模型的本地部署，雖然商用還需要時間。

破曉（PoX）技術(shù)亮點(diǎn)

• 皮秒級讀寫延遲，比SRAM快；
• 電子與光的協(xié)同處理架構(gòu)，適合高速并行處理、高帶寬應(yīng)用；
• 讀寫所需能量極少，低功耗；

相變存儲器（PCM）

相變存儲器（PCM）利用材料在不同晶態(tài)下電阻不同的特性，在結(jié)晶和非晶狀態(tài)之間切換來存儲信息，具有高速度、低功耗、高密度等優(yōu)勢。尤其在ADAS、自動駕駛、導(dǎo)航系統(tǒng)等車載場景中，PCM正逐漸成為關(guān)鍵技術(shù)。

在國內(nèi)，北京時代全芯（AMT）也已推出多款基于PCM的芯片，是國內(nèi)最早商業(yè)化該技術(shù)的廠商之一，為中國在存儲領(lǐng)域爭得一席之地。

2024年6月，法國頂尖半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)CEA-Leti推出FAMES中試生產(chǎn)線（介于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)之間的階段，用于驗(yàn)證技術(shù)可行性、優(yōu)化工藝，就像汽車廠的 “原型車測試線”），開發(fā)包括10nm和7nm FD-SOI在內(nèi)的新技術(shù)，其中芯原微電子作為參與者提供嵌入式 PCM（ePCM）技術(shù)，共同推動嵌入式PCM（ePCM）等技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

還有2024年7月中國材料大會上，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所聯(lián)合松山湖材料實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)展示了PCM研究的最新成果，包括相變材料可逆機(jī)理、高速材料開發(fā)、高性能開關(guān)材料及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。其研制的PCRAM芯片已具備自主知識產(chǎn)權(quán)，計(jì)劃在消費(fèi)電子領(lǐng)域（如手機(jī)存儲、射頻識別）實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，打破國外技術(shù)壟斷。

2025年1月的學(xué)術(shù)報(bào)告中也有提到，中科院上微所正通過材料與器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新推動3D PCM開發(fā)，解決大容量存儲需求，并與芯片制造企業(yè)深度合作以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

PCRAM（相變隨機(jī)存取存儲器）屬于PCM被認(rèn)為是可以填補(bǔ)DRAM和閃存之間的性能鴻溝，解決目前計(jì)算機(jī)機(jī)架構(gòu)中“存儲墻”的問題，還可以作為神經(jīng)形態(tài)芯片實(shí)現(xiàn)類腦計(jì)算，將會在數(shù)據(jù)中心、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等方面獲得大規(guī)模應(yīng)用。

2024年9月，新存科技宣布公司自主研發(fā)的國產(chǎn)首款最大容量新型三維相變存儲器芯片——“NM101”，12月份，成功實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)首款64Gb芯片“NM101”量產(chǎn)。該芯片基于華中科技大學(xué)繆向水團(tuán)隊(duì)的93項(xiàng)三維相變存儲器核心專利，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的自主可控。

2024年，國外的意法半導(dǎo)體與三星聯(lián)合發(fā)布支持ePCM的18nm FD-SOI工藝，為車規(guī)和嵌入式AI打開新局面。

曾被英特爾和美光廣泛推廣的3D XPoint（Optane），也是基于相變技術(shù)。雖然Optane退出市場，但行業(yè)仍持續(xù)探索替代方案，如鎧俠XL-Flash、三星Z-NAND等。

PCM的技術(shù)亮點(diǎn)

• 讀寫壽命長，適合高頻數(shù)據(jù)交互
• 寫入速度接近DRAM
• 能耗比DRAM和Flash更低
• 抗輻射能力強(qiáng)，適合航天等高要求場景

磁變存儲器（MRAM）

磁變存儲器（MRAM）利用電子自旋特性來存儲數(shù)據(jù)，代表了非易失性+高速+耐用性的黃金組合。尤其是STT-MRAM（自旋轉(zhuǎn)移力矩）和SOT-MRAM（自旋軌道力矩）成為主流技術(shù)路線，適合物聯(lián)網(wǎng)、智能工業(yè)、MCU和嵌入式系統(tǒng)。

在國內(nèi)，?？雕Y拓、致真存儲已掌握核心專利并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。致真存儲更是國內(nèi)唯一擁有SOT-MRAM全套技術(shù)和產(chǎn)線的企業(yè)。2024年臺積電在轉(zhuǎn)向ReRAM的同時，保留MRAM產(chǎn)線以滿足特定高性能需求。2025年，臺積電還進(jìn)一步優(yōu)化了STT-MRAM技術(shù)，專為AI邊緣設(shè)備設(shè)計(jì)，與NXP合作推動車規(guī)級MRAM應(yīng)用。

國外則以Everspin最具代表性，其第三代垂直磁化STT-MRAM已用于SCM（存儲級內(nèi)存）等場景。

2025年，三星還推出全球首款14nm eMRAM技術(shù)，專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，具備超低寫入能耗和高可靠性，支持車載系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理。

MRAM技術(shù)亮點(diǎn)

• 讀寫速度堪比SRAM
• 非易失性，斷電不丟數(shù)據(jù)
• 寫入次數(shù)幾乎無限
• 可與MCU、SOC高度集成

其應(yīng)用范圍包括嵌入式存儲、Nor Flash 替代、SCM緩存、高速緩沖等。

阻變存儲器（ReRAM）

阻變存儲器（ReRAM）是通過電壓控制材料電阻狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)簡單、密度高，非常適合存算一體化架構(gòu)。相比NAND，其讀寫速度更快、壽命更長，能實(shí)現(xiàn)多位存儲，提高空間利用率。

目前富士通、松下、Crossbar、索尼、美光、SK 海力士等廠商均在開展 ReRAM

的研究和生產(chǎn)工作。在代工廠方面，中芯國際、臺積電和聯(lián)電都在同步規(guī)劃ReRAM

的生產(chǎn)。Adestod 130nm CBRAM和松下的180nm ReRAM已量產(chǎn)。

國內(nèi)，億鑄科技是一家專注于基于ReRAM的存算一體與AI加速技術(shù)的創(chuàng)新企業(yè)，2025年新增了30項(xiàng)ReRAM相關(guān)專利，涵蓋陣列結(jié)構(gòu)、抗干擾算法和存算架構(gòu)設(shè)計(jì)，并加入中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的《新型存儲器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》制定工作組，推動ReRAM在AI領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)范。

ReRAM技術(shù)亮點(diǎn)

• 速度快（<100ns）
• 寫入耐久高
• 支持多位存儲（1單元可存多個bit）
• 結(jié)構(gòu)簡單、面積小

鐵電存儲器（FRAM）

FRAM利用鐵電材料的極化特性，實(shí)現(xiàn)SRAM級的讀寫速度+Flash級的非易失性，同時保持超低功耗。其在智能卡、傳感器、醫(yī)療設(shè)備、智能電表等對功耗和可靠性要求極高的場景中被廣泛應(yīng)用。

富士通、ROHM、賽普拉斯半導(dǎo)體是該領(lǐng)域代表廠商。盡管容量不大，但FRAM在高可靠性應(yīng)用中仍有不可替代的地位。

2025年4月，德國鐵電存儲器公司（FMC）宣布與半導(dǎo)體企業(yè) Neumonda 達(dá)成戰(zhàn)略合作，將在德國德累斯頓建立新型非易失性存儲芯片（FeRAM）生產(chǎn)線。

這里國內(nèi)還要提到一家專注新型鐵電存儲器（FRAM）研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)——無錫舜銘存儲科技有限公司，2023年成立，采用High-K材料，解決了傳統(tǒng)鐵電存儲器與晶圓廠的兼容問題，首次實(shí)現(xiàn)利用非專用晶圓廠代工生產(chǎn)鐵電存儲器。其主要產(chǎn)品包括I2C FRAM、SPI FRAM、良品晶圓（KGD）等，廣泛應(yīng)用于打印機(jī)耗材、電力儀表、工業(yè)控制、醫(yī)療電子、汽車電子等多個領(lǐng)域。

FRAM技術(shù)亮點(diǎn)

• 讀寫速度快
• 寫入壽命長
• 極低功耗
• 在高溫高壓等極端環(huán)境下性能穩(wěn)定

最后

以上這一系列的新型存儲技術(shù)崛起，正在為AI、大數(shù)據(jù)、自動駕駛、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵應(yīng)用構(gòu)建更強(qiáng)、更快、更可靠的“數(shù)據(jù)地基”。

2025年7月9日，全球閃存峰會將在南京召開，屆時，我們將看到這些新型存儲介質(zhì)將如何進(jìn)一步支撐超級智能體、邊緣計(jì)算、企業(yè)級SSD以及綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展藍(lán)圖，敬請期待！

崔歡歡