因工艺的限制及功耗的考量，存储器产业已进入一个必须评估及发展替代技术的时代。随着技术不断演进，存储器将走向什么方向？
全球半导体市场现状
从全球半导体市场规模与增速来看，去年全球半导体市场规模达4688亿美元，增速达到13.7%。从全球半导体细分产品市场规模来看，存储器连续两年成为最大应用领域。
从具体产品来看，2018年，集成电路、分立器件、光电器件和传感器这四大类产品市场规模分别为3933亿美元、241亿美元、380亿美元、134亿美元。集成电路市场规模增速回落，达到14.59%;分立器件市场规模增速小幅回落，达到11.1%;光电器件市场规模继续保持增长，增速达到9.2%;传感器市场规模大幅下降，增速仅为6.3%。
集成电路产品分为模拟芯片、微处理器、逻辑芯片和存储器，2018年市场规模分别为588亿美元、672亿美元、1093亿美元、1580亿美元，分别占集成电路市场份额的14.95%、17.09%、27.79%、40.17%。2018年全球存储器市场增速依旧领跑，达到27.4%;模拟芯片市场增速为10.7%，微处理器市场增速为5.2%，逻辑芯片市场增速为6.9%。
围绕超越摩尔定律的产品技术
在半导体技术继续延续摩尔定律发展的同时，以新材料、新结构、新器件为特点的超越摩尔定律为半导体产业提供了新的发展方向。
①三维异质器件系统集成成为发展趋势，英特尔、三星、台积电等企业在三维器件制造与封装领域发展迅速。英特尔联合镁光推出革命性的3dxpoint新技术;三星实现多层3dnand闪存，成为存储领域的颠覆性产品;台积电的整合扇出晶圆级封装技术(infowlp)应用于苹果公司最新的处理器中。
②微电子学、计算机科学等多学科与信息技术的交叉渗透日益深入，促使新型微机电系统工艺、宽禁带半导体材料器件、二维材料与神经计算、量子信息器件等创新技术的集中涌现，拓展了半导体技术发展方向。超越摩尔产业不追求器件的尺寸，而是通过研究新原理、新工艺、新材料、新器件以及新装备加速促进处理器、存储器、模拟器件、功率器件等实现变革，推动半导体产业持续快速发展。
有前景的存储器技术
①reram是基于电阻式随机存取的一种非易失性存储器。reram可以由许多化合物制成，最常见的化合物是各种类型的氧化物。reram的主要优势在于其可扩展性、cmos兼容性、低功耗和电导调制效应，这些优点让reram可以轻松扩展到先进工艺节点，能够进行大批量生产和供应，并且能够满足神经形态计算等应用对能耗和速度的要求，所有这些都使reram成为下一代存储器的主要竞争者。
②扩散式忆阻器是基于一种活性金属扩散动力学的忆阻器，能够利用其独特的电导行为来模仿突触可塑性，这一特征使他们能够忘记较早的、短期的信息，同时锁定更多相关的信息。将扩散式忆阻器与reram配对的实验装置能够实现无监督学习。
③相变存储器（pcm）是另一种高性能、非易失性存储器，基于硫属化合物玻璃。该材料的结晶相是低电阻相，而非晶相为高电阻相，通过施加或消除电流来完成相变。与基于nand的传统非易失性存储器不同，pcm设备可以实现几乎无限数量的写入。
④磁性随机存储器（mram）是一种非易失性的磁性随机存储器，以磁性方式存储数据，但使用电子来读取和写入数据。磁性特征提供非易失性，电子读写提供速度。mram拥有静态随机存储器（sram）的高速读取、写入能力，以及dram的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。
⑤铁电场效应晶体管（fefet）使用的铁电材料，可以在两种极化状态之间快速切换。与论文里面提到的其他技术一样，它可以在低功耗下提供高性能，同时还具有非易失性的附加优势，fefet有望成为新一代闪存器件。fefet的一大优势是一些铁电化合物能够与传统的cmos兼容，因此更容易集成到当下标准的计算平台中。
⑥突触晶体管专门用于模拟神经元的行为。晶体管是三端子结构，包括栅极、源极和漏极。栅极使用电导将突触权重传递到通道，而源极和漏极用于读取该权重。电解质溶液用于调节通道的电导，实现神经形态功能的核心模拟行为。
新型存储器技术的属性
成本在存储器技术选择过程中非常重要，比较昂贵的技术通常被低成本的技术所取代，即使这种变化需要大量的解决方案。
①选择器类型。使用晶体管作为选择器机制(表中表示为1t1r或2t2r)的技术，会比使用双端选择器(“1s1r”中的“s”)或二极管(1d1r)的技术，具有较大的位单元尺寸。crossbar栏位中的1tnr指的是该公司的单元具有内置选择器元件，其行为类似于内部二极管。每个个单元组都需要一个晶体管，但这只会增加很小比例的单元有效尺寸。
②永久性。与现有技术相比，所有这些技术都是非易失性的，是dram所沒有的重大优势，并且它们都支持原位编程，这使得它们比nand或nor闪存的编写速度快得多。
③可扩展性。某些新型的存储器技术，特别是fram和pcm，已经面临挑战。但fram还没有成功地在90nm以下成功缩放pcm的“on”电阻会随着单元尺寸的缩小而增加，使得该技术在工艺缩小时面临不少杂音，虽然pcm研究人员在十年前成功就已开发出5nm的单元。
④工艺复杂性
pcm(intel的3dxpoint存储器)和crossbar的导电金属细丝存储器在这方面具有优势，因为它们的选择器元件比其他技术更简单。crossbar的选择器包含在位单元内，而pcm在同一方向上使用电流进行置位，复位和读取操作，因此它只需要一个简单的二极管。在这两个中，crossbar单元的工艺更简单，由于没有选择器元件，它所需的沉积层更少。
④依然存在缺点。所有这些新型存储器技术与当今稳固的存储器技术相比，确实存在一些缺点：没有ㄧ种速度可以像sram及dram那样快。而且，在未来几年之内，没有任何一种可以在成本上与nand闪存竞争，主要原因是来自经济规模。在嵌入式应用中，通常使用nor闪存来存储代码和数据，但嵌入式nor闪存无法跟上先进工艺持续缩小单元尺寸，而这些新型技术提供了超越嵌入式nor扩展限制的方法。
存储器的未来发展方向
存储器在整个半导体产业中占据极重要的地位。dram和nandflash在存储器领域的占比也已超过90%。今天我国要大力发展的存储器也主要集中在这两大类别。
从全球dram、nand这两类存储器被国际巨头垄断。进入这个行业面临着很大的压力。
从技术角度看，伴随着半导体技术的快速发展，dram发展非常迅速，密度越来越高，从8f2（特征尺寸）到4f2。所有主流dram的生产都已进入20nm以下节点。
除了工艺不断缩小以外，封装技术也为dram的发展提供了另外一条途径，比如hbm（高带宽内存）和hmc（混合存储立方）这两种技术。对于nand来说，其正从2dnand向3dnand发展。
结尾：
当前，大数据、云计算、物联网、人工智能等信息产业技术快速发展，持续为半导体产业提供强劲市场需求，全球集成电路产业将迎来新一轮的发展机遇。
超越摩尔产业不追求器件的尺寸，而是通过研究新原理、新工艺、新材料、新器件以及新装备加速促进处理器、存储器、模拟器件、功率器件等实现变革，推动半导体产业持续快速发展。
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