2021開年，“缺貨”、“漲價”這兩大關鍵詞就博足了半導體從業人士的眼球。存儲市場在這波氛圍帶動下，也迎來全面上漲。日經報道指出，老款的DRAM價格暴漲2倍，IC insight也披露，DRAM的平均銷售價格在今年第一季度比上一季度增長8%，而且幾乎所有存儲器供應商都預計2季度將有更強勁的需求。說到存儲器，國內的長江存儲正在3D NAND領域“蓋樓”，與國際存儲大廠試比高，目前其128層已研發成功。
目前存儲器已經形成主要由DRAM與NAND Flash構成的超千億美元的市場。在關注傳統存儲器的進展之外，近些年，隨著人工智能、5G和物聯網需求的崛起，存儲墻問題、內存不具備非易失性、外存微縮艱難等問題凸顯，這些都勾起了行業內對新型存儲器的探索。MKW Ventures的Mark Webb曾表示，在接下來的十年中，兩種新興的非易失性存儲器類型——相變存儲器（PCM）和磁RAM，將在獨立存儲器中處于領先地位。
以DRAM和閃存為代表的第三代存儲器已發展了近50年，中國目前發展難度極大，如何解決專利壁壘將是中國DRAM和閃存企業在產品上市后面臨的無法繞開的問題。但新型存儲產業尚未形成行業壟斷，存儲技術也尚未形成壁壘，總體來說機遇大于挑戰。那么新型存儲器能否成為我國在存儲業彎道超車的機會呢？國內在新型存儲器上的進展如何呢？
新型存儲器成新興市場的選擇
數據是這個世界的新經濟。根據IDC的研究，到2025年，由物聯網生成的數據總量將為79.4 ZB；目前還有100億移動設備正在使用中，每個移動設備將生成、存儲、共享和傳輸新數據集。在全球范圍內，每天生成的數據總量約為2.5兆字節，并且數量正在迅速增加。所有這些數據在其整個生命周期中都需要內存，而且所產生的大量數據對芯片的處理能力提出了越來越嚴苛的要求。智能時代的到來，將引起存儲行業的新一輪爆發。
數據存儲和處理可以在云、核心網絡、邊緣網絡或設備本身中進行。當處理器需要在近距離處理數據時，最直接的方法是在同一芯片上構建處理器和內存，如內存內計算。但是，由于現有的內存制造工藝與標準CMOS邏輯工藝的差異，所有當前的存儲技術都無法以優化的方式來做到這種類型的集成，內存內計算很難實現。在這方面，相變存儲器具有真正的獨特優勢，因為其制造工藝從一開始便是無縫集成到最先進的CMOS工藝中，這使得相變存儲器可以用作“內存內”或“近內存“計算的主存儲器，并可在同一芯片上設計對于數據處理功能強大的處理器。
相變存儲器被稱為PCM或PCRAM。早在1968年就被奧弗辛斯基（Stanford Ovshinsky）提出，他首次描述了基于相變理論的存儲器：材料由非晶體狀態變成晶體，再變回非晶體的過程中，其非晶體和晶體狀態呈現不同的光學特性和電阻特性，因此可以利用非晶態和晶態分別代表“0”和“1”來存儲數據，這一學說稱為奧弗辛斯基電子效應。
以前由于半導體工藝的限制，造成相變單元所需要的驅動電流過大，這也直接導致早期的相變存儲器并沒有贏得太多青睞，反而是利用硫系化合物其宏觀上光學反射率存在很大的差異，在商業上主要被用于多媒體數據光盤(DVD)，來實現兩個穩定數據態的存儲。而后得益于半導體加工工藝的進步，使具有較小的驅動電流器件成為可能，并迎來了自身真正發展的契機。
而在當前主流的一些新型的存儲器如MRAM、ReRAM 和 PCM中，PCM被業界公認為工藝是最為成熟的，也是未來最有望取代當前傳統存儲器的高速存儲介質。
相較于其他類型的存儲器（包括NAND閃存），PCM具有多種優勢：
更快的寫入周期：PCM提供了可能比NAND閃存快得多的寫入周期。NAND閃存要求在寫入新數據之前先擦除數據，而PCM則沒有這樣的要求，從而使其速度大大提高。
更快的訪問時間：研究發現，使用PCM可以實現低于5 ns的訪問時間。
耐力：考慮到PCM不需要首先擦除數據，供應商和研究人員估計相變存儲器比NAND閃存可以處理更多的寫周期。
降低功耗：PCM有望提供比NAND同類產品更低的功耗要求。
PCM是可執行的：相變存儲器的獨特之處在于，它既可以執行代碼，就像現有的DRAM一樣，也可以存儲像NAND這樣的數據。
IBM曾在一篇文章中指出，通過使用基于PCM的模擬芯片，機器學習可加速一千倍。
具體到應用上，在核心和邊緣網絡中，PCM可以用作為主內存，以此來增加內存總容量并同時減少內存訪問延遲和成本。基于PCM的存儲產品，例如英特爾的Optane? DCPM也受到了數據中心運營商的廣泛關注和歡迎，因為DCPM產品已體現出在提高存儲性能的同時降低了成本的優勢。
此外，對于物聯網相互連接的設備上的數據存儲，PCM不僅可以替換傳統的NOR或NAND 存儲器，還能憑借其NVM屬性和超快速的訪問時間，確保這些設備的最佳性能。
由于PCM具有接近DRAM的性能，因此可以將其直接連接到片上系統（SoC）中嵌入式MCU的處理器總線作為所謂的“緊密耦合存儲”（TCM），從而簡化并加速了系統啟動過程及對關鍵事件的響應并增強了安全性，因為所有關鍵數據始終可以隱藏在MCU芯片內部。ST在2018年12月研發了一項車載嵌入式相變化存儲半導體，2019年其宣稱“Stellar”系列可內置容量極大的嵌入式PCM。這也證明了PCM可在車載存儲領域發揮大作用。
隨著我們接近即將到達的半導體技術“十字路口”，PCM技術已漸進成熟并隨時準備支持技術競賽的下一站，無論其走向5G、AIoT還是數據中心。
把握新型存儲器發展時機，本土存儲力量崛起
據YOLE統計，2019年以來，存儲器成為半導體增速最快的細分行業，總體市場空間將從2019年的1110億美元增長至2025年的1850億美元，年復合增長率為9%。 細分市場中，新型存儲器市場增速最快 ，將從5億美元增長到40億美元，年復合增長率達到42%，發展潛力巨大。
而新型存儲器行伍中的相變存儲器PCM早已成為國際存儲大廠角逐的新領地，英特爾摒棄了發展多年的NAND業務，卻唯獨留下了Optane?技術，專心發展以PCM為代表的新型存儲器，這具有極強的風向標作用。SK海力士宣布在下一代相變存儲器中采用PUC（peri under cell）技術。ST將PCM嵌入其MCU中，探索在車載半導體中的應用。
國家“十四五”規劃綱要中，在加強原創性引領性科技攻關方面， “先進存儲技術升級” 也被列入“科技前沿領域攻關”重點領域。在這種大環境和大機遇下，無論從經濟上還是戰略上來看，發展新型存儲器PCM都是中國不可不把握的機遇。
好在，在相變存儲器領域，國內不乏已有深耕者，北京時代全芯（AMT）就是其中一家。時代全芯從事PCM技術研發超過十年，是中國最早獲得IBM核心集成電路技術專利的民營企業，積累了豐富的PCM存儲技術和經驗，儲備了一大批優秀且經驗豐富的工程師。
AMT于2019年8月發布了首款相變存儲產品——基于相變材料的2兆位可編程只讀相變存儲器（EEPROM）。這也是國內首批商業化量產的相變存儲產品，標志著中國成為全球繼美光、三星之后少數幾個掌握相變存儲器研發、生產工藝和自主知識產權的公司。目前產品已下線，量產曙光在前。
今后，公司還將陸續推出大容量系列存儲產品，如：高密度相變存儲器（3D PCM）、三態內容尋址存儲器（TCAM）、智能存儲器（Smart Memory）等，更好地滿足市場需求，也為中國的存儲業尤其是新型存儲產業添磚加瓦。
如前文所說，新型存儲產業市場還未成熟，各家也在不斷探索，壁壘尚未形成，而且，更重要的是像PCM這樣的新型存儲技術并不需要特別先進的工藝制成，其設備受限制較少，因此我國在這一領域具有換道超車的可能。我國應當抓住這樣一個大好的時機，大力發展PCM，保持與世界同步，我們的半導體產業才能快速趕上國際步伐。
結語
目前中國存儲器市場國產化率極低，但是縱觀國內整個存儲產業鏈，存儲器國產化具備一定的產業基礎。在設計端，兆易創新從事NOR Flash、長鑫和西安華芯從事DRAM、長江存儲從事NAND Flash；在制造端，武漢新芯和中芯國際具備一定的制造能力，同時紫光國芯也開始布局該領域；在封測端，長電科技、華天科技和深科技均有一定的封測能力。在新型存儲器領域，有時代全芯這樣“一門心思”死磕相變存儲器的。國產存儲器崛起的旭日正冉冉升起。
不過，半導體創企的道路注定艱難，如今國內存儲的“種子”已經播下，我們應多給創企們一些時間，靜待花開結果。
