存储器行业专题研究：双墙阻碍算力升级 探讨四大新型存储应用

传统存储难破双墙阻碍，智联时代新型存储应运而生。AIoT、5G、智能汽车等新兴应用场景对数据存储在容量、速度、功耗、成本、可靠性等层面提出更高要求。但CPU 与存储芯片间的“性能墙”与各级存储芯片间的“存储墙”成为限制传统存储器应用于新兴领域的两座难关。基于材料介质改造或技术升级的PCRAM、MRAM、ReRAM 和FeRAM 四大类新型存储，或将成为未来存储器的发展趋势之一。

模糊外存和主存界限，PCRAM 产业化面临障碍。PCRAM（相变存储器）通过改变温度实现相变材料电阻变化，以此为基础存储数据信息。PCRAM 目前无物理极限，厚度2nm 的相变材料可以实现存储功能，因此可能解决存储器工艺的物理极限问题，成为未来通用的新一代半导体存储器件之一。国际厂商英特尔先后与三星、美光合作开展PCRAM 研发，国内厂商时代全芯也已掌握研发、生产工艺和自主知识产权。但PCRMA 对温度的高敏感度、存储密度过低、高成本、低良率等问题限制其大规模产业化，2021 年美光宣布停止基于3D XPoint 技术产品的进一步开发。

MRAM产品进入量产，eMRAM替代SRAM空间大。MRAM（磁存储器）的基本单位为磁隧道结（MTJ），Everspin 为独立式MRAM 龙头，IBM、三星、瑞萨走在嵌入式MRAM 技术前沿。其中，独立式MRAM 目前已经应用于航空、航天、军工等对可靠性要求较高的领域，但市场规模较小。嵌入式MRAM已成功进入MCU 嵌入式系统，并逐步替代慢速SRAM 成为工作缓存新方案，应用于相机CMOS 等。未来嵌入式MRAM 更具成长空间，提速降价后有望替代SRAM 或eDRAM 等高速缓存，进入手机SoC 和CPU 等产品。

ReRAM有望替代eFlash，成长空间广阔。ReRAM（可变电阻式存储器）以基本单位电阻变化存储数据。Data Bridge 测算2022 年全球ReRAM 市场规模为6.07 亿美元，预计2030 年有望达到21.60 亿美元。松下、富士通等为ReRAM 产品主要设计厂商，国内兆易创新与昕原半导体也基本实现商业化。

其中，独立式ReRAM目前在工业级小容量存储得到广泛应用，并在IoT 领域逐步替代NOR FLASH，突破容量和读写速度后有望替代闪存进入企业级存储市场。嵌入式ReRAM 目前已替代eFLash 可用于模拟芯片内，进一步有望进入MCU 芯片等，技术长足发展后有望进入CPU 作为最后一级高速缓存。

FeRAM 研发正当时，多种优势突破传统存储限制。FeRAM 具有非易失性、读写速度快、寿命长、功耗低、可靠性高等特点。小部分FeRAM 产品已实现量产。但FeRAM存储密度较低，容量有限，无法完全取代DRAM与NANDFlash，在对容量要求不高、读写速度要求高、读写频率高、使用寿命要求长的场景中拥有发展潜力。国际厂商英飞凌、富士通等已实现FeRAM 在汽车电子的应用，国内厂商汇峰已实现130nm 制程FeRAM 产品小批量量产。目前FeRAM 技术瓶颈尚在，仍需继续研究突破。

四种新型存储优势各异。持久性方面，MRAM、FeRAM 较高；存储密度方面，FeRAM 较低，MRAM、PCM、RRAM 较高；读写速度方面，FeRAM最快；读写功耗方面，PCM 最高，MRAM、FeRAM、RRAM 均较低；抗辐射方面，除MRAM 外，其他均较高。

风险提示：技术进展不及预期的风险/市场规模增速不及预期的风险

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转自民生证券股份有限公司 研究员：方竞/童秋涛