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  世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織(WSTS)將所有半導(dǎo)體按照結(jié)構(gòu)功能劃分為集成電路、分立器件、光電子器件與傳感器四大類。

 

  集成電路簡稱IC(Integrated Circuit)，是采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件集成在半導(dǎo)體晶圓上，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)，占全球半導(dǎo)體市場份額的83%。

  集成電路可進(jìn)一步細(xì)分為承擔(dān)計算功能的邏輯芯片、承擔(dān)存儲功能的存儲芯片，承擔(dān)傳輸與能源供給功能的模擬芯片以及將運(yùn)算、存儲等功能集成于一個芯片之上的微控制單元(MCU)，它們的市場份額分別占到半導(dǎo)體總體市場份額的28.22%、27.39%、13.28%、14.11%，邏輯芯片與存儲芯片占比較高。

  非集成電路半導(dǎo)體元件(分立器件、光電子器件、傳感器)的市場份額占半導(dǎo)體總體市場份額的17%，我們也會在在系列后續(xù)文章中詳細(xì)介紹。

  存儲芯片是半導(dǎo)體的一大重要分支，2020年存儲芯片的市場規(guī)模約占半導(dǎo)體總市場規(guī)模的22.41%，存儲芯片可按數(shù)據(jù)是否易失分為非易失性存儲芯片與易失性存儲芯片.

  易失性存儲芯片可分為動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(DRAM)與靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(SRAM)，非易失性存儲器則可分為NOR FLASH與NAND FLASH與只讀存儲器。根據(jù)IC insights的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年以以銷售額口徑計算的市場規(guī)模NAND FLASH占比為56%，DRAM為41%，其它為3%。

  DRAM

  DRAM(Dynamic Random Access Memory)是易失性存儲器的重要分支，易失性存儲器的特點(diǎn)是斷電丟失數(shù)據(jù)，例如我們平時使用word或excel時如果沒有點(diǎn)保存，突然關(guān)機(jī)或斷電后再重啟時文件便會丟失，就是因為我們沒點(diǎn)保存時數(shù)據(jù)是存儲在電腦內(nèi)存中，只有我們點(diǎn)擊保存后，數(shù)據(jù)才會保存在硬盤中，而電腦內(nèi)存使用的就是DRAM。

  有小伙伴疑惑為什么在有了硬盤的基礎(chǔ)上還會有內(nèi)存，內(nèi)存的意義在于如果計算機(jī)的每一次運(yùn)算都需要直接從硬盤中抓取數(shù)據(jù)，會極大降低計算機(jī)的運(yùn)行效率。

  易失性存儲器斷電丟失數(shù)據(jù)的根本原因在于其存儲方式，DRAM的每一個bit cell(存儲單元)由一個電容與一個晶體管兩個元器件組成，晶體管起開關(guān)作用，DRAM的存儲原理是通過電容充放電后的電勢高低代表0和1，從而起到存儲功能，而電容在斷電的情況下會漏電，存儲信息會因為電容的漏電而無法識別。

  DRAM所使用的電容容量極小，電子僅能保存幾毫秒的時間，為了使電子不丟失，每隔幾毫秒就要充電刷新一次，這就是DRAM名稱中動態(tài)(Dynamic)的由來，而另一種無需頻繁充電刷新的易失性存儲器則被稱為SRAM。

  雖然DRAM具有斷電丟失數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，但由于讀寫速度較快被應(yīng)用于PC機(jī)的內(nèi)存、智能手機(jī)、服務(wù)器。2020年DRAM下游需求中，智能手機(jī)、服務(wù)器、PC機(jī)占39.7%、34.9%與12.6%，三者合計90%。SRAM的讀寫速度更快，但價格較高，可用于容量要求較小但讀寫速度要求更高的高速緩沖存儲器如CPU緩存。

  全球DRAM產(chǎn)品目前由三星、SK海力士與美光壟斷，三者市場份額占到95%，三星于2020年上半年完成10nm制程DRAM的出貨，為業(yè)內(nèi)最高水平。國內(nèi)DRAM領(lǐng)域代表企業(yè)有長鑫存儲(IDM)與兆易創(chuàng)新(fabless)，兆易創(chuàng)新2021年首款DRAM芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，主要面向工控等利基市場，長鑫存儲的工藝制程正處于16nm-19nm階段，相比三巨頭落后約4年-5年。

  FLASH：便攜式設(shè)備存儲主力

  相對于DRAM在易失性存儲器中的地位，F(xiàn)LASH則是非易失性存儲器最重要的分支，非易失性存儲器的特點(diǎn)是斷電不失數(shù)據(jù)，這使得FLASH能夠在沒有電流供應(yīng)的條件下長久地保存數(shù)據(jù)。我們電腦中的硬盤所用的存儲芯片就是FLASH。

  FLASH的unit cell(存儲單元)是一個含有源極、漏極與柵極的三端器件。

  在向柵極施加正向偏壓時，電子在隧穿效應(yīng)下從隧穿層進(jìn)入浮柵存儲起來，閾值電壓較高，對應(yīng)邏輯為0。

  在向柵極施加負(fù)向偏壓時，浮柵中的電子退出隧穿層，閾值電壓較小，對應(yīng)邏輯為1，這個過程就就完成了信息的存儲。

  即使電流消失，阻擋層與隧穿層也能保證浮柵中的電子不丟失，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。

  FLASH相比DRAM的優(yōu)點(diǎn)在于斷電不失數(shù)據(jù)，且成本較低，缺點(diǎn)在于由于每一次寫入數(shù)據(jù)均需要擦除一次，使得寫入速度慢于DRAM。

  FLASH存儲芯片可進(jìn)一步細(xì)分為NOR FLASH與NAND FLASH，NAND的擦除操作簡便，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將每一個存儲單元均寫入數(shù)據(jù)，然后才能做擦除，因此NAND的寫入速度相比NOR更快。

  DRAM、NAND FLASH/NORFLASH三類存儲芯片對比

  DRAMNAND FLASHNOR FLASH

  成本高低中

  讀取速度快慢中

  寫入速度快(無需擦除)中低

  容量低高中

  市場份額56%41%2%

  NOR主要應(yīng)用于早期電腦與老式功能機(jī)，這些設(shè)備存儲器的主要需求在于讀取系統(tǒng)程序，讀取速度快的NOR占優(yōu)，但隨著智能手機(jī)的不斷發(fā)展，NAND寫入速度快的優(yōu)勢顯現(xiàn)，NOR的市場規(guī)模不斷萎縮，直到2016年后TWS耳機(jī)的興起NOR才逐漸走出谷底。