存储器:架构、原理与前沿发展趋势解析

存储器:架构、原理与前沿发展趋势解析随着全球大型科技公司积极投资人工智能 AI 领域 面向 AI 的存储器需求持续增长 本周四 韩国芯片巨头 SK 海力士 SK Hynix 公布了第二季度财报显示 本季度营收和营业利润均超越了去年第四季度最高业绩 创下了季度业绩历史新高

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随着全球大型科技公司积极投资人工智能(AI)领域,面向AI的存储器需求持续增长。

本周四,韩国芯片巨头SK海力士(SK Hynix)公布了第二季度财报显示,本季度营收和营业利润均超越了去年第四季度最高业绩,创下了季度业绩历史新高。其DRAM和NAND闪存出货量均超出预期,由此创下了历史最高业绩。

存储器:架构、原理与前沿发展趋势解析

当前存储器行业的主要技术路线分类与特点

存储器主要分为易失性存储器(Volatile Memory)和非易失性存储器(Non-volatile Memory)。在全球存储芯片市场中,DRAM和NAND Flash占据主导地位。2022年,两者分别占整体存储芯片市场规模的56.4%和40.1%,合计占比高达96.5%。随着人工智能(AI)技术的快速发展,高性能存储产品如高带宽内存(HBM)和大容量闪存等高端存储需求显著增长。

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(图片来源:行行查数据库)

DRAM的基本结构与特点

DRAM的核心结构由阵列(Array)和外围电路(Periphery)两大部分组成。阵列部分负责数据存储,通过多层复杂设计实现高密度数据存放,涉及源节点接触(SNC)、位线(BL)、位线接触(BLC)以及字线(BWL)等关键组件。外围电路则负责数据的读取和写入操作,确保传输的准确性。此外,氮化钛(TiN)和零面积电容(ZAZ)等材料的应用进一步提升了DRAM的性能和可靠性。整体而言,DRAM的精巧设计使其各部分协同工作,保障了高效的数据存储与处理能力。

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(图片来源:行行查数据库)

NAND闪存的结构及发展趋势

NAND闪存采用交替薄膜沉积技术形成堆栈结构,其核心组成部分包括单个存储单元、位线金属填充、接触金属填充以及阶梯状蚀刻等精密部件。随着技术的进步,NAND闪存的堆叠层数从早期的24层逐步增加至未来的1000层以上。这一发展不仅显著提高了存储密度,还优化了生产成本。预计从2024年到2034年,NAND闪存市场的复合年增长率(CAGR)将达到约4%,展现出强劲的增长潜力。这反映了市场需求的持续扩大和技术革新的驱动作用,为行业发展提供了广阔空间。

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(图片来源:行行查数据库)

数据来源:行行查 | 行业研究数据库 www.hanghangcha.com

全球存储器市场规模及增长驱动力

根据行行查数据,2025年全球存储器市场规模预计将超过1600亿美元。主要增长驱动力来自AI、数据中心和消费电子等应用场景。AI市场的快速发展对高性能存储需求持续增加,尤其是HBM和大容量闪存等高端产品的需求显著提升。同时,数据中心和AI处理器对高性能存储器的需求也在不断攀升,推动了HBM市场的快速增长。

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(图片来源:行行查数据库)

存储器产业链的关键环节

存储器产业链可分为上游、中游和下游三个主要环节:

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(图片来源:行行查数据库)

上游环节:涵盖存储芯片的原材料供应和制造设备,包括硅片、光刻胶、抛光材料、光刻机、检测与测试设备等。

中游环节:聚焦于存储芯片的设计、制造和销售,主要包括易失性存储芯片(如DRAM和SRAM)和非易失性存储芯片(如NAND Flash和NOR Flash)。

下游环节:涉及存储芯片的应用场景和终端市场,包括消费电子、汽车电子、高新科技、信息通信和物联网等。

各环节的技术壁垒与国产化进展

上游环节:技术壁垒集中在先进的制造技术和设备上,例如极紫外光刻(EUV)技术和双图案化技术。国内企业在此领域起步较晚,但受益于国家政策支持和技术引进,长江存储和长鑫存储等企业已在NAND Flash和DRAM领域取得显著进展。

中游环节:技术壁垒体现在芯片设计和制造工艺上。长江存储在3D NAND Flash领域实现突破,而长鑫存储在DRAM技术上也有所建树。这些企业通过持续迭代,逐渐在国际市场上占据一定份额。

下游环节:技术壁垒主要在于应用场景的适配与优化。国内企业在消费电子和汽车电子等领域已具备一定竞争力,但在高端应用如数据中心和AI处理器方面仍有较大提升空间。

主要厂商的竞争格局

2025年,全球存储器市场仍由三星、SK海力士和美光等国际巨头主导。其中,三星电子以39.5%的市场份额位居首位,SK海力士和美光分别占据27.6%和16.2%的市场份额。国内厂商如长江存储和长鑫存储虽然市场份额较小,但凭借技术突破和市场拓展,正逐步缩小与国际巨头的差距。

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(图片来源:行行查数据库)

存储器行业的商业模式与技术趋势

未来,存储器行业将在商业模式和技术方向上呈现新趋势,其中存算一体技术备受关注。该技术通过在存储器中嵌入计算能力,将数据存储与计算融合在同一芯片的同一区域,彻底消除冯·诺依曼架构瓶颈,特别适用于深度学习神经网络等大数据量并行运算场景。此外,存内计算(PIM,Processing in-memory)作为一种新型运算架构,通过将存储和计算结合,在存储单元中直接完成计算任务,大幅减少数据搬移带来的开销,解决传统芯片运行AI算法时的“存储墙”和“功耗墙”问题,可数十倍甚至百倍提高AI运算效率,同时降低成本。

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