【导读】近日，国家知识产权局官网显示，比亚迪半导体股份有限公司“芯片及其数据存储方法”专利公布，申请公布号为CN116185704A。
资料显示，上述专利申请提出一种芯片及其数据存储方法，数据存储方法包括：接收并执行当前操作指令，并将当前操作指令所涉及的第一数据进行备份；收集预设时间段内的历史操作指令所涉及的第二数据，并将第二数据进行备份；对第一数据进行校验，根据校验结果判断是否输出备份的第一数据和第二数据。
据悉，该技术方案可以将导致芯片存储体数据异常变动的所有可能数据进行备份存储，使存储体数据异常变动时，能够输出第一数据和第二数据作为参考数据用于异常分析，此外，导致存储体数据异常变动的触发事件可被追溯。
存储芯片长期空间将至万亿
存储芯片的市场占据半导体产业近30%；2023年全球存储芯片市场规模将达1658亿美元，而这其中，中国存储芯片市场规模将逼近6500亿元。
1、chatgpt带来的增量
AI服务器所需DRAM和NAND分别是常规服务器的8倍和3倍，AI技术革命驱动全球算力竞赛，存储芯片有望加速企稳。
据机构的测算，以英伟达A100为标准，单个GPU堆叠8颗DRAM芯片，短期拉动DRAM需求增量为11.73万颗，远期增量为684.71万颗。
2、周期底部拐点已现
根据 DIGITIMES 报道，长江存储将调涨 NAND 产品价格后，三 星、SK 海力士也将跟进 3~5%涨幅。SEMI 数据显示，全球半导体制造业的收缩预计将在 2023 年第二季度放缓，并有望从第三季度开始逐步复苏。第二季度包括 IC 销售和硅片出货量在内的行业指标表明环比有所改善。
CXL技术成存储行业“新宠”
以ChatGPT为代表的AI大模型对高性能存储芯片的需求与日俱增，在高容量、高运算能力的需求下，CXL、HBM等新的存储技术备受市场关注。
华西证券日前研报指出，CXL带来的DRAM池化技术可以大大节约数据中心的建设成本，同时也将大大带动DRAM的用量。SK海力士副会长朴正浩也曾在演讲中透露，随着ChatGPT等应用开启AI新时代，加上相关技术演进，预计全球数据生成、储存、处理量将呈等比级数增长。在技术演进的路上，为克服主机CPU存储器容量受限问题，CXL技术相当重要。
CXL全称Compute Express Link，意为计算快速链接，是一种全新的互联技术标准。随着存储成本不断增加，传统的PCI-e技术逐渐乏力。在此背景下，基于PCI-e协议的CXL技术应运而生。
据了解，CXL能够让CPU与GPU、FPGA或其他加速器之间实现高速高效的互联，从而满足高性能异构计算的要求，并且其维护CPU内存空间和连接设备内存之间的一致性，从而解决了各设备间的存储割裂的问题，能够大大降低内存的分割导致的浪费和性能下降。
当下主流的计算系统通常采用高速缓存（SRAM）、主存（DRAM）、外部存储（NAND Flash）的三级存储结构。系统运作时，需要不断地在内存中来回传输信息。数据在三级存储间传输时，后级的响应时间及传输带宽都将拖累整体的性能，并且由于数据量庞大，系统需要借助外部存储并用网络IO来访问数据，致使访问速度下降几个数量级。而CXL技术的高兼容性、内存一致性等优势能够有效解决上述问题。
除了能够解决单机设备连接问题以外，从CXL2.0（迭代版本）开始，其带来的内存池化（Pooling）技术超出了单机的范畴，还能够提高内存的使用率，并降低内存的使用成本。
对此，华西证券认为，引入DRAM池化，按需分配可以大大提高内存使用效率，并节约数据中心的建设成本。CXL目前已经完全支持池化技术，如果该理念得到广泛应用，内存将成为提高服务器性能另外的重要手段之一。
新兴存储技术一览
尽管 2D NAND 正在被 3D NAND 取代（不再受制于电子太少的缺点），但基于非电荷的新兴存储器的一些特性（例如低电压操作或随机存取）正在被各种各样的应用关注从而获得继续发展的机会。这些新兴的存储器通常具有两端结构（例如，电阻器或电容器），因此很难同时用作单元格选择设备。存储单元一般以1T-1C、1T-1R或1D-1R的形式结合单独的存取器件。
1.FeRAM：铁随机存储器
FeRAM 器件通过切换和感测铁电电容器的极化状态来实现非易失性。要读取内存状态，必须跟踪铁电电容器的磁滞回线( hysteresis loop)，并且存储的数据被破坏并且必须在读取后写回（破坏性读取，如 DRAM）。由于这种“破坏性读取”，找到既能提供足够的极化变化又能在延长的工作周期内保持必要稳定性的铁电材料和电极材料是一项挑战。
许多铁电材料对于 CMOS 制造材料的正常补充来说是陌生的，并且可以通过传统的 CMOS 处理条件退化。FeRAM 速度快、功耗低、电压低，因此适用于 RFID、智能卡、ID 卡和其他嵌入式应用。处理难度限制了它的广泛采用。最近，提出了基于 HfO2 的铁电 FET，其铁电性用于改变 FET 的 Vt，从而可以形成类似于闪存的 1T 单元。如果开发成熟，这种新存储器可以用作低功耗且速度非常快的类似闪存的存储器。
2.MRAM：磁性内存
MRAM (Magnetic RAM) 设备采用磁性隧道结 (MTJ：magnetic tunnel junction) 作为存储元件。MTJ 单元由两种铁磁材料组成，由用作隧道势垒的薄绝缘层隔开。当一层的磁矩切换为与另一层对齐（或与另一层的方向相反）时，电流流过 MTJ 的有效电阻会发生变化。可以读取隧道电流的大小以指示存储的是“一”还是“零”。场切换 MRAM 可能是最接近理想的“通用存储器”的，因为它是非易失性的、快速的并且可以无限循环。因此，它可以用作 NVM 以及 SRAM 和 DRAM。
然而，在 IC 电路中产生磁场既困难又低效。尽管如此，Field Switching MTJ MRAM已经成功制成产品。然而，当存储元件缩放时，切换所需的磁场会增加，而电迁移会限制可用于产生更高 H 场的电流密度。因此，预计现场开关 MTJ MRAM 不太可能扩展到 65nm 节点以上。
“STT(spin-transfer torque )”方法的最新进展提供了一种新的潜在解决方案，其中自旋极化电流将其角动量转移到自由磁性层，从而在不借助外部磁场的情况下反转其极性。在自旋转移过程中，大量电流通过 MTJ 隧道层，这种应力可能会降低写入耐久性。在进一步缩放时，存储元件的稳定性会受到热噪声的影响，因此预计在 32nm 及以下需要垂直磁化材料。最近已经证明了垂直磁化。
随着NAND Flash的快速发展，以及最近推出的有望继续等效缩放的3D NAND，STT-MRAM取代NAND的希望似乎渺茫。然而，其类似 SRAM 的性能和比传统 6T-SRAM 小得多的占用空间在该应用中引起了极大的兴趣，特别是在不需要高循环耐久性的移动设备中，例如在计算中。因此，STT-MRAM 现在大多不被视为独立内存，而是嵌入式内存 ，并且不在独立 NVM 表中进行跟踪。
STT-MRAM 不仅是嵌入式 SRAM 替代品的潜在解决方案，也是嵌入式闪存 (NOR) 替代品的潜在解决方案。这对于物联网应用来说可能特别有趣，因为低功耗是最重要的。另一方面，对于使用更高存储密度的其他嵌入式系统应用，预计 NOR 闪存将继续占据主导地位，因为它仍然更具成本效益。此外，闪存能够承受 PCB 板焊接过程（约 250°C）而不会丢失其预加载代码，这是众所周知的，许多新兴存储器尚未能够证明这一点。
3.PCRAM
PCRAM 器件使用硫属化物玻璃（最常用的化合物是 Ge2Sb2Te5，或 GST）的非晶态和晶态之间的电阻率差异来存储逻辑电平。该器件由顶部电极、硫族化物相变层和底部电极组成。泄漏路径被与相变元件串联的存取晶体管（或二极管）切断。
相变写入操作包括：(1) RESET，其中硫族化物玻璃通过短电脉冲瞬间熔化，然后快速淬火成具有高电阻率的非晶固体，以及 (2) SET，其中振幅较低但更长脉冲（通常 >100ns）将非晶相退火为低电阻晶态。1T-1R（或 1D-1R）单元比 NOR Flash 更大或更小，取决于使用的是 MOSFET 还是 BJT（或二极管。该设备可以被编程为任何最终状态而无需擦除先前状态，从而提供更快的编程吞吐量。简单的电阻器结构和低电压操作也使 PCRAM 对于嵌入式 NVM 应用具有吸引力。
PCRAM 的主要挑战是重置相变元件所需的高电流（fraction of mA），以及相对较长的设置时间和高温耐受性以在回流焊期间（约 250°C）保留预加载代码。热干扰是 PCRAM 可扩展性的潜在挑战。然而，热干扰效应是非累积的（不像闪存，其中导致电荷注入的编程和读取干扰是累积的）并且较高温度的RESET脉冲很短（10ns。相变材料与电极的相互作用可能会带来长期的可靠性问题并限制循环耐久性，是类 DRAM 应用的主要挑战。与 DRAM 一样，PCRAM 是真正的随机存取、位可变存储器。
已经使用碳纳米管作为电极证明， PCRAM 器件可以做到 < 5nm 的可扩展性，并且复位电流遵循较大器件的外推线。至少在一个案例中，证明了 1E11 的循环耐力。相变存储器从2011年开始用于功能手机，取代NOR Flash，2012年开始在~45nm节点量产，但此后没有新产品推出。在过去的几年中，PCM 存储器也被瞄准为嵌入式应用程序的 eFlash 替代品的潜在候选者 。在这些工作中，不同类别的相变材料的合金化允许获得符合焊接回流的存储器；然而，如此高的温度稳定性是以较慢的写入速度为代价的。
4.ReRAM：电阻式存储器
目前正在研究一大类两端器件，其中存储状态由金属-绝缘体-金属 (MIM：metal-insulator-metal ) 结构的电阻率决定，用于存储应用。其中许多电阻式存储器仍处于研究阶段。由于他们承诺缩小到 10nm 以下，并以极高的频率 (< ns) 和低功耗运行，过去十年中许多工业实验室的重点研发工作使这项技术被广泛认为是 NAND 的潜在继承者（包括 3D NAND ).
作为一种双端器件，高密度 ReRAM 的发展一直受到缺乏良好选择器器件的限制。然而，3D XP 内存的最新进展似乎已经解决了这个瓶颈，如果解决了不稳定位等其他技术问题，ReRAM 可能会取得快速进展。除了 3D XP 阵列（类似于基于 PCRAM 的 3D XP 存储器）之外，还可以使用 2D 阵列和小字线 (WL) 和小位线 (BL) 半间距制造高密度 ReRAM 产品。
此外，如果最终采用 OTS 类型的选择器器件，那么使用底部的晶体管和 3D 阵列中每个 ReRAM 器件的 OTS 选择器来制造 BiCS 型 3D ReRAM 似乎是可行的，如图 MM-10 所示。尽管由于引入 3D XP 内存似乎解决了双极选择器设备的瓶颈，但尚未推出高密度 ReRAM 产品，但可以合理预期 ReRAM 的进展。
然而最近，开发高密度 ReRAM 的热情似乎消退了。这可能是由于两个原因。(1) 3D NAND Flash的成功增加了进入门槛， (2) 难以满足大型阵列的可靠性要求。
在过去的几年中，上述这些问题似乎注定了高密度 ReRAM 的大规模应用。最初关于 ReRAM 由数千个原子组成，不受统计波动影响的论点现在看来值得怀疑。似乎操作 ReRAM 的灯丝仅由几个原子（离子）组成。似乎有证据表明，即使是相对较大的 ReRAM 设备也会受到统计波动的影响。因此，我们不看好高密度应用的 ReRAM。
行情恢复有望？
库存去化自下而上，看好 23 年上半年迎来库存拐点。根据国金证券研究所整理的数据，22Q3 全球存储原厂库存月数 为 5.1 个月，高于去年同期的 3.0 个月，且连续五个季度上升，并明显高于上一轮周期顶部（19Q1）的 3.7 个月。另 一方面，主要存储器模组厂商库存却已逐渐出现拐点，22Q3 库存月数为 3.3 个月，已经连续三个季度环比改善或接近 持平。复盘存储原厂和模组厂商的库存月数，模组厂商更早感受到终端需求的变化，在上行周期愿意背负更多的库存， 在下行周期提前砍单。随着模组厂商的库存月数在 2022 年底逐渐显现拐点，我们看好原厂库存月数在 2023 年上半年 迎来向下的拐点。
23 年供过于求的格局有望改善，NAND 或先于 DRAM 复苏。NAND 厂商实质减产时间较早，TrendForce 预计 2023 年 NAND 供给位元增幅将收敛至 21%，NAND 需求位元同增 27%，主要得益于服务器单机搭载容量同增 24%，手机闪存容量同增 22%，供需差比例从 22 年的 9%下降到 23 年的 4%。而由于 DRAM 厂商扩产计划延后，2023 年 DRAM 供给位元增幅不足 10%，且受疫情期间电脑透支消费，手机内存容量增速不如闪存等因素影响，DRAM 需求位元增幅来到历史低位，23 年 仅同增 1%。综合导致 DRAM 供需改善慢于 NAND，我们预计 2023 年下半年 NAND Flash 或先于 DRAM 好转。
来源：贤集网
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