《存儲器行業專題研究：雙墻阻礙算力升級探討四大新型存儲應用-230705（15頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《存儲器行業專題研究：雙墻阻礙算力升級探討四大新型存儲應用-230705（15頁）.pdf（15頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 1 存儲器行業專題研究 雙墻阻礙算力升級，探討四大新型存儲應用 2023 年 07 月 05 日 傳統存儲難破雙墻阻礙，智聯時代新型存儲應運而生。AIoT、5G、智能汽車等新興應用場景對數據存儲在容量、速度、功耗、成本、可靠性等層面提出更高要求。但 CPU 與存儲芯片間的“性能墻”與各級存儲芯片間的“存儲墻”成為限制傳統存儲器應用于新興領域的兩座難關?；诓牧辖橘|改造或技術升級的 PCRAM、MRAM、ReRAM 和 FeRAM 四大類新型存儲，或將成為未來存儲器的發展趨勢之一。模糊外存和主存界限，PCRAM 產業化面臨

2、障礙。PCRAM（相變存儲器）通過改變溫度實現相變材料電阻變化，以此為基礎存儲數據信息。PCRAM 目前無物理極限，厚度 2nm 的相變材料可以實現存儲功能，因此可能解決存儲器工藝的物理極限問題，成為未來通用的新一代半導體存儲器件之一。國際廠商英特爾先后與三星、美光合作開展 PCRAM 研發，國內廠商時代全芯也已掌握研發、生產工藝和自主知識產權。但 PCRMA 對溫度的高敏感度、存儲密度過低、高成本、低良率等問題限制其大規模產業化，2021 年美光宣布停止基于3D XPoint 技術產品的進一步開發。MRAM 產品進入量產，eMRAM 替代 SRAM 空間大。MRAM（磁存儲器）的基本單位為磁

3、隧道結（MTJ），Everspin 為獨立式 MRAM 龍頭，IBM、三星、瑞薩走在嵌入式 MRAM 技術前沿。其中，獨立式 MRAM 目前已經應用于航空、航天、軍工等對可靠性要求較高的領域，但市場規模較小。嵌入式MRAM 已成功進入 MCU 嵌入式系統，并逐步替代慢速 SRAM 成為工作緩存新方案，應用于相機 CMOS 等。未來嵌入式 MRAM 更具成長空間，提速降價后有望替代 SRAM 或 eDRAM 等高速緩存，進入手機 SoC 和 CPU 等產品。ReRAM 有望替代 eFlash，成長空間廣闊。ReRAM（可變電阻式存儲器）以基本單位電阻變化存儲數據。Data Bridge 測算 2

4、022 年全球 ReRAM 市場規模為 6.07 億美元，預計 2030 年有望達到 21.60 億美元。松下、富士通等為ReRAM 產品主要設計廠商，國內兆易創新與昕原半導體也基本實現商業化。其中，獨立式 ReRAM 目前在工業級小容量存儲得到廣泛應用，并在 IoT 領域逐步替代 NOR FLASH，突破容量和讀寫速度后有望替代閃存進入企業級存儲市場。嵌入式 ReRAM 目前已替代 eFLash 可用于模擬芯片內，進一步有望進入 MCU 芯片等，技術長足發展后有望進入 CPU 作為最后一級高速緩存。FeRAM 研發正當時，多種優勢突破傳統存儲限制。FeRAM 具有非易失性、讀寫速度快、壽命長

5、、功耗低、可靠性高等特點。小部分 FeRAM 產品已實現量產。但FeRAM存儲密度較低，容量有限，無法完全取代DRAM與NAND Flash，在對容量要求不高、讀寫速度要求高、讀寫頻率高、使用壽命要求長的場景中擁有發展潛力。國際廠商英飛凌、富士通等已實現 FeRAM 在汽車電子的應用，國內廠商匯峰已實現 130nm 制程 FeRAM 產品小批量量產。目前FeRAM 技術瓶頸尚在，仍需繼續研究突破。四種新型存儲優勢各異。持久性方面，MRAM、FeRAM 較高；存儲密度方面，FeRAM 較低，MRAM、PCM、RRAM 較高；讀寫速度方面，FeRAM最快；讀寫功耗方面，PCM 最高，MRAM、Fe

6、RAM、RRAM 均較低；抗輻射方面，除 MRAM 外，其他均較高。風險提示：技術進展不及預期的風險/市場規模增速不及預期的風險 推薦 維持評級 分析師 方競 執業證書：S0100521120004 郵箱： 分析師 童秋濤 執業證書：S0100522090008 郵箱： 相關研究 1.電子行業點評：AI+智能汽車率先落地，重視板塊重估值潛力-2023/07/05 2.電子行業周報：美光財報超預期，存儲周期拐點已近-2023/07/04 3.電子行業周報：荷蘭設備出口管制落地，成熟制程擴產無虞-2023/07/02 4.電子行業 2023 年中期投資策略：AI 與電子共舞-2023/06/29

7、5.電子行業周報：設備投資額穩步修復，看好設備零部件國產化機遇-2023/06/19 行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 2 目錄 1 傳統存儲難破雙墻阻礙，智聯時代助推新型存儲.3 1.1 模糊外存和主存界限，PCRAM 產業化面臨障礙.5 1.2 MRAM 產品進入量產，eMRAM 替代 SRAM 空間大.7 1.3 ReRAM 替代 eFlash 成長空間廣闊.8 1.4 FeRAM 研發正當時，多種優勢突破傳統存儲限制.10 1.5 四種新型存儲優勢各異，市場化程度也有不同.12 2 風險提示.13 插圖目錄.14 表格目錄.1

8、4 AUnUeZiVcZfZMB8ZtO7NdN7NmOnNpNnOiNoOpQjMnNoQaQoPnNNZmMqOvPnMvN行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 3 1 傳統存儲難破雙墻阻礙，智聯時代助推新型存儲 存儲技術伴隨應用場景變化，新興領域催生更高需求。存儲行業興起于 1960s，現被廣泛應用于各種領域的電子設備。據 WSTS 數據，2022 年存儲器市場規模1297.7 億美元，占全球半導體行業規模的 22.6%，是半導體產業的重要分支。WSTS 預計 2023 年存儲市場規模因終端市場需求疲軟將下滑至 840.4 億美元，

9、但 2024 年受益于經濟復蘇和供需矛盾緩和，市場規模將同比上升 43%，恢復至1203.3 億美元。圖1：存儲器市場規模及在半導體行業占比 資料來源：WSTS，民生證券研究院 存儲器技術演變路徑跟隨應用場景變化逐步發展：上世紀 70 年代，Intel 推出第一款 DRAM 商用芯片，由于其具有讀寫速度快、存儲密度大、成本低等優勢成為存儲芯片市場上的主要產品；1980s，東芝提出了“閃存”概念，指可在斷電情況下保留數據的非易失性存儲器件。此后，讀取速度快、容量小、成本高的 NOR Flash 技術與容量較大，改寫速度快的 NAND Flash 結構相繼于 1988 年、1989 年被 inte

10、l、東芝開發出來。至此，閃存技術開始逐漸普及，成為現代電子產品中不可或缺的重要組成部分；1990s-2000s，隨著進入小容量存儲的功能手機時代，NOR Flash 由于具有可在閃存內直接運行應用程序的特點，有讀寫速度快、可靠性高、使用壽命長、傳輸效率高等優點，導致其應用在小容量存儲中具有很高的成本效益，市場規模陡增；2000s 以后，伴隨智能終端的興起，容量成為存儲的主要需求之一。此時，具有高存儲密度、單位容量成本低等特點的 NAND Flash 逐步成為0%10%20%30%40%-20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 18

11、0.002002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023F2024F存儲器市場規模(十億美元)存儲器在半導體行業占比行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 4 市場的最佳選擇?，F在，隨著 AIoT、5G、智能汽車等新興應用場景出現，存儲行業的市場需求進一步增加，對數據存儲在容量、速度、功耗、成本、可靠性等層面提出更高要求。圖2：存儲行業演變歷程 資料來源：半導體行業觀察，民生證券研究院“性能墻”與“存儲墻”成為限制

12、傳統存儲器應用于新興領域的兩座難關?！靶阅軌Α痹从谔幚砥髋c存儲器發展失衡。隨著半導體產業的發展，處理器和存儲器分別走向了不同工藝路線。由于二者工藝、封裝、需求的不同，從 1980 年到 2000 年，處理器性能的年增長速度約為 60，而存儲器性能每年提高的幅度低于 10，導致“存-算“的失配速度以每年 50%的速率增加。因此，處理器和存儲器之間出現數據交換通路狹窄現象，及由此引發的高能耗問題，二者成為存儲與運算間的“性能墻”。圖3：處理器和存儲器的性能差距 資料來源：Juniper Networks，民生證券研究院“存儲墻”來源于計算架構中多級存儲的特性差異?，F代計算系統通常采取高行業專題研究

13、/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 5 速緩存(SRAM)、主存(DRAM)、外部存儲(NAND Flash)的三級存儲結構。由于各級存儲的應用特性不同，三級架構間均存在較大的響應時間及傳輸帶寬差距，形成了制約系統性能的“存儲墻”。其中，靠近運算控制單元的存儲器需要響應速度更快，但受到功耗、散熱等因素制約，其存儲容量也越小，例如 SRAM 響應時間在納秒級，NAND Flash 則僅為 100 微秒級，但后者的存儲容量較大，造價低廉，且具備非易失的低功耗特性，適用于長期存儲海量信息。隨著新興應用下處理器的速度和核數持續增加，“存儲墻”成為制約處理器

14、性能發揮的主要因素之一。圖4：常見的存儲系統架構及存儲墻 資料來源：中國電子報，民生證券研究院 受益于萬物智聯時代的新興應用發展，由于傳統存儲器存在“性能墻”和“存儲墻”問題，新型存儲器的研發和產業化逐漸進入歷史舞臺?；诓牧辖橘|改造或技術升級，出現 PCRAM、MRAM、ReRAM 和 FeRAM 四大類型的新型存儲，我們將于下文中逐一探討。1.1 模糊外存和主存界限，PCRAM 產業化面臨障礙 以相變材料為存儲介質的新型存儲PCRAM。PCRAM（相變存儲器）的原理是通過改變溫度，讓相變材料在結晶態（導電）與非結晶態（非導電）狀態間相互轉換，并利用兩個狀態的導電性差異來區分“0”態和“1”

15、態，從而實現數據存儲。PCRAM 具有外存 NAND Flash 的非易失性，以及主存 DRAM 高讀寫速度和長壽命的特點，同時兼具低延時、密度高、功耗低、可兼容 CMOS 工藝等優點，具有將外存和主存合二為一的可能性，未來有希望應用于高性能數據中心、服務器、物聯網等場景。此外，目前 PCRAM 還未發現有明確的物理極限，研究表明即使相變材料降行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 6 至 2nm 厚度，存儲器件依舊可以發生相變。因此，PCRAM 可能解決存儲器工藝的物理極限問題，成為未來通用的新一代半導體存儲器件之一。圖5：PCRAM 結

16、構圖（左圖）和工作時電阻-電壓曲線（右圖）資料來源：基于新型憶阻器的存內計算作者：林鈺登，高 濱，王小虎，錢 鶴，吳華強等，民生證券研究院 PCRAM 在 1968 年被提出，現代半導體工藝技術助力發展。在 1968 年，Stanford Ovshinsky 首次提出了基于相變理論的存儲器，闡述了非晶體和晶體狀態下，材料會呈現不同的光學和電阻特性，可用于代表“0”和“1”來存儲數據。但由于過去半導體工藝的限制，造成相變單元所需驅動電流過大，導致早期的相變存儲器沒有贏得太多青睞。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，迎來了 PCRAM 的發展契機。PCRAM 作為新

17、型存儲產業化的先行者，國內外廠商爭相布局。2006 年，Intel和 Samsung 生產第一款商用 PCRAM 芯片。2015 年，Intel 和 Micron 合作開發名為 3D XPoint 的 PCRAM 存儲技術。2019 年 8 月，時代全芯發布國內首款PCRAM 產品2 兆位可編程只讀相變存儲器，成為繼 Micron、Samsung 后少數掌握相變存儲器研發、生產工藝和自主知識產權的公司。圖6：PCRAM 的技術布局 資料來源：SISPAD 2021 Plenary Talk，民生證券研究院 然而，2018 年 Intel 和 Micron 結束了 3D XPoint 的聯合開發

18、工作，此后Micron 于 2021 年宣布停止基于 3D XPoint 技術產品的進一步開發。至此，PCRAM 的產業化陷入困境。PCRAM 現階段具有較多應用瓶頸，致使商業化停滯。首先，由于 PCRAM 存行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 7 儲過程依賴溫度調節，具有對溫度的高敏感度，導致其無法應用于寬溫場景。其次，PCRAM 存儲器采取多層結構，以具備兼容 CMOS 工藝的特點，致使存儲密度過低，無法滿足替代 NAND Flash 的容量條件。此外，成本和良率也成為其大規模產業化的瓶頸之一。1.2 MRAM 產品進入量產，eMR

19、AM 替代 SRAM 空間大 磁存儲器（MRAM）的基本單位為磁隧道結（MTJ）。MTJ 由一對被薄絕緣材料層隔開的鐵磁金屬板組成，其中一塊金屬板（固定層）的磁場方向永不變化，另一塊板（自由層）的磁場方向可以因外部磁場的改變而改變。MTJ 通過電阻大小表示數據，由于隧道磁阻效應，如果兩個板具有相同的磁化方向（低電阻狀態），則將其視為“1”，而如果方向反平行（高電阻狀態），則表示“0”。但傳統 MRAM單純用奧斯特場對普通的 MTJ 進行狀態切換，存在嚴重的不穩定性和嚴苛的應用條件。圖7：磁隧道結工作原理 資料來源：Everspin，民生證券研究院 MRAM 于 1984 年發明，后經不斷改進。

20、1984 年，供職于霍尼韋爾的 Arthur Pohm 與 James Daughton 發明了首個磁存儲器。由于對環境條件敏感等問題，對 MRAM 的改進從未停止。1996 年 10 月，Berger 和 Slonczewski 不約而同地提出了 STT-MRAM 方案。2000 年 Spintec 實驗室獲得首個 STT-MRAM 專利。STT-MRAM（自旋扭矩轉遞）為當前主流商業化方案。自 2000 年 Spintec實驗室獲得首個 STT 技術專利開始，STT-MRAM 憑借更快的讀寫速度與更小的尺度逐漸成為主流商業化方案。2005 年 11 月，瑞薩科技與 Grandis 合作開發

21、 65 nm 工藝的 STT-MRAM。2005 年 12 月，索尼推出首款實驗室 STT-MRAM 產品。2008 年 11 月，三星與海力士宣布合作開發 STT-MRAM。2012 年 11 月，Everspin 首次推出 64Mb 容量的獨立式 STT-MRAM 產品。2019 年 3 月，三星28nm 工藝的嵌入式 STT-MRAM 產品開始量產。S NS NNSS N自由層絕緣層固定層低電阻狀態“1”高電阻狀態“0”行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 8 Everspin 為獨立式 MRAM 龍頭，IBM、三星、瑞薩走在嵌入式

22、 MRAM 技術前沿。獨立式 MRAM 產品主要替代閃存等作為外部存儲，與閃存相比 MRAM具有讀寫速度更快等優勢。獨立式 MRAM 市場由于容量和價格等原因，目前規模較小，屬于利基型市場。Everspin 公司 2008 年剝離自飛思卡爾公司，專注于MRAM 產品開發，目前為獨立式 MRAM 產品主要供貨商。2019 年 1 月，Everspin公司推出基于 28nm 工藝容量為 1Gb 的 STT-MRAM 產品，為目前最成熟、容量最大的獨立式 MRAM 量產產品。嵌入式 MRAM（eMRAM）主要替代 SRAM 應用于嵌入式系統中，可避免因電源故障等導致的內存丟失問題。嵌入式 MRAM

23、目前受到各大廠商關注，2020 年 12 月 IBM 展出世界首個 14nm STT-MRAM 產品。2022 年 6 月，瑞薩宣布已開發出 22nm 嵌入式 STT-MRAM 電路技術。2022 年 10 月，三星研究人員稱成功開發 14nm eMRAM。MRAM 增長點為替代閃存與嵌入式緩存。由于價格較高，容量短時間無法趕超 NAND FLASH 等原因，獨立式 MRAM 目前主要應用于工業、航空、航天、軍工等對可靠性和讀寫速度要求較高、容量無需太大的領域。隨著容量進一步提升，獨立式 MRAM 產品已逐漸進入數據中心等更大規模的市場，未來隨著價格下降和容量擴大有望替代 NAND FLASH

24、 等成為主力外部存儲產品。目前嵌入式 MRAM已成功進入 MCU 嵌入式系統，并逐步替代慢速 SRAM 成為工作緩存新方案，應用于相機 CMOS 等。未來嵌入式 MRAM 提速降價后有望替代 SRAM 或 eDRAM等高速緩存，進入手機 SoC 和 CPU 等產品。圖8：MRAM 應用方向 資料來源：Yole，民生證券研究院 1.3 ReRAM 替代 eFlash 成長空間廣闊 可變電阻式存儲器（ReRAM）以基本單位電阻變化存儲數據。氧化層釋放氧離子后產生的氧空位（Vacancy）與金屬層中氧離子的運動共同決定了基本單位的行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁

25、免責聲明 證券研究報告 9 電阻，高低電阻分別對應“0”和“1”。圖9：ReRAM 原理圖 資料來源：Investigation of switching mechanism in HfOx-ReRAM under low power and conventional operation modes作者 Wei Feng,Hisashi Shima,Kenji Ohmori，Hiroyuki Akinaga 等，民生證券研究院 ReRAM 市場成長性好，目前以美日廠商為主。根據 Data Bridge 測算，2022年 ReRAM 全球市場規模約為 6.07 億美元，2030 年有望達到 21

26、.60 億美元，年復合增長率達 17.20%。國際廠商中，松下、富士通、Adesto、Crossbar 和 Rambus為 ReRAM 產品主要設計廠商。國內方面，2018 年兆易創新與 Rambus 宣布建立合資公司，目的是實現 RRAM 技術商業化。2022 年 2 月，我國昕原半導體主導建設的國內首條具備自主知識產權的 12 英寸、28/22 納米 ReRAM 中試生產線順利建成。嵌入式 ReRAM 替代 eFlash 進入模擬芯片為主要增長點，獨立式替代 NOR FLASH 成長空間可期。獨立式 ReRAM 在讀寫速度等方面不及 MRAM 和 FLASH等技術，但價格較低，易于制造。目

27、前獨立式 ReRAM 在工業級小容量存儲得到廣泛應用，并在 IoT 領域逐步替代 NOR FLASH。隨著容量進一步提升和讀寫速度的突破，獨立式 ReRAM 有望替代閃存進入企業級存儲市場。嵌入式 ReRAM 按位尋址、對輻射和電磁場的高耐受性和較低的功耗等優點有效解決了目前嵌入式閃存（eFlash）在模擬芯片、醫療和工業以及 IoT 等領域面臨的問題，目前已替代eFLash 可用于音頻芯片、LED 驅動芯片等模擬芯片市場，在技術得到進一步驗證后有望進入 MCU 芯片等。隨著技術進一步發展，ReRAM 有望進入 CPU 作為最后一級高速緩存。行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，

28、請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 10 圖10：ReRAM 應用場景 資料來源：Yole，民生證券研究院 1.4 FeRAM 研發正當時，多種優勢突破傳統存儲限制 FeRAM 是一種斷電時可以保存數據的非易失存儲器，存儲機制和鐵磁存儲的滯后行為類似。當一個電場被施加到鐵晶體管時，中心原子順著電場停在低能量狀態 I 位置，反之，當電場反轉被施加到同一鐵晶體管時，中心原子順著電場的方向在晶體里移動并停在另一低能量狀態 II，大量中心原子在晶體單胞中移動耦合形成鐵電疇，鐵電疇在電場作用下形成極化電荷。鐵電疇在電場下反轉所形成的極化電荷較高，鐵電疇在電場下無反轉所形成的極化電荷較低，這兩種反差

29、狀態可以被記作“1”或“0”，FeRAM 可以用二進制的方式來存儲數據。FeRAM 具有非易失性、讀寫速度快、壽命長、功耗低、可靠性高等特點。FeRAM 讀寫速度快；壽命長，可重復讀寫，重復次數可達到萬億次；功耗低，待機電流低，無需后備電池或采用充電泵電路；更加可靠，兼容 CMOS 工藝，工作溫度范圍寬，可靠性高。FeRAM 既有 ROM 的非易失性數據存儲特性，又有 RAM的無限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等特性，多種優勢加持，正在成為存儲器未來發展方向之一。圖11：FeRAM 工作原理示意圖 資料來源：維基百科，民生證券研究院 行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最

30、后一頁免責聲明 證券研究報告 11 圖12：FeRAM 工作原理示意圖 資料來源：維基百科，民生證券研究院 FeRAM 最早在麻省理工大學達德利艾倫巴克在 1952 年提出的碩士論文中被提及，論文中提到，FeRAM 有比閃存更低的耗電量、更高的寫入速度、更長的讀寫壽命等優勢。由于存算一體的特性和諸多優勢，FeRAM 成為新型存儲的主流產品之一。1993 年 Ramtron 公司推出 4Kb FeRAM 產品，為全球首款可量產FeRAM 產品，此后，FeRAM 的更多研發和應用開啟新篇章。FeRAM 小部分產品實現量產，潛力可見度提高。根據新思界產業研究中心發布的2022-2027 年中國 FR

31、AM（鐵電存儲器）行業市場深度調研及發展前景預測報告，FRAM存儲密度較低，容量有限，無法完全取代DRAM與NAND Flash，但在對容量要求不高、讀寫速度要求高、讀寫頻率高、使用壽命要求長的場景中擁有發展潛力。在消費電子領域中，可以用于智能手表、智能卡以及物聯網設備制造；汽車領域中，可以用于高級駕駛輔助系統（ADAS）制造；在工業機器人領域中，可以用于控制系統制造等諸多領域。國內外多家廠商正在積極研發 FeRAM 存儲器，臺積電正在探索鐵電薄膜和堆疊及其可控性、狀態保持性、持久性和可擴展性，以實現與先進 CMOS 技術集成的高密度、高容量數字存儲器；國內拍字節、匯峰等企業也正在積極研究并助

32、推以 HfO2 為鍍膜的 FeRAM 的產業化落地，拍字節目前還在實驗室研發階段有望量產，匯峰目前已經有 130nm 制程 FeRAM 產品可以實現小批量量產。并且，已有部分 FeRAM 存儲器成功應用在汽車領域，代表公司 Ramtron 和 Symetrix、英飛凌、日本富士通半導體。FeRAM 技術瓶頸尚在，仍需繼續研究突破。當前，FeRAM 的工作模式主要包括 DRO（破壞性讀出）和 NDRO（非破壞性讀出）兩種。在 DRO 模式中，FeRAM 讀出后需重新寫入數據，信息讀取過程中存在著大量的擦除/重寫操作，由于不斷地極化反轉，FeRAM 容易發生疲勞失效的問題。NDRO 模式無需使柵極

33、的極化狀態反轉，讀出方式是非破壞性的，是一種比較理想的存儲方式，但目前這種 FeRAM 尚處于實驗室研究階段，還未達到實用層面。行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 12 1.5 四種新型存儲優勢各異，市場化程度也有不同 四種新型存儲都能在一定程度上有效解決傳統存儲的“性能墻”和“存儲墻”的問題，打破馮諾依曼體系架構，實現存算一體，消數據訪存帶來的延遲和功耗，實現更高的算力和能效比，但是四種新型存儲的具體技術特點和商業化程度有所不同。四種存儲商業化階段不同，MRAM 產業化程度最高。目前 MRAM 存儲已進入產業化階段，在獨立式存儲和嵌入

34、式存儲上均有量產，三星在 2019 年為索尼代工的衛星定位模塊中使用 MRAM 技術，臺積電在 2020 年集成電路設計領域ISSCC 國際會議上發布了 32 Mb 嵌入式 STT-MRAM；其次，FeRAM 有小規模應用，匯峰目前已經有 130nm 制程 FeRAM 產品可實現小批量量產；PCRAM 主要在混合固態盤和持久內存方面有少量應用，2015 年英特爾與美光聯合研發的128 Gb 3D Xpoint 芯片是目前唯一大規模商用的 PCM 產品；RRAM 目前商業化還未真正落地。在壽命、讀寫速度、功耗、抗輻射方面，四種存儲各有優勢。持久性方面，MRAM、FeRAM 較高；存儲密度方面，F

35、eRAM 較低，MRAM、PCRAM、RRAM較高；讀寫速度方面，FeRAM 最快；讀寫功耗方面，PCRAM 最高，MRAM、FeRAM、RRAM 均較低；抗輻射方面，除 MRAM 外，其他均較高。表1：四種新型存儲性能對比 存儲芯片類型 PCRAM MRAM ReRAM FeRAM 持久性 中 高 中 高 存儲密度 高 高 高 低 讀速度 中 快 快 快 讀功耗 低 低 低 低 寫速度 快 快 中 快 寫功耗 高 低 低 低 抗輻射 強 弱 強 強 資料來源：半導體行業觀察，永鑫行研，民生證券研究院 行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告

36、 13 2 風險提示 1）技術進展不及預期的風險。目前新型存儲技術研發主要依靠海外廠商投入，若應用市場需求有限，廠商投入動力不足，將影響產業化進展。2）市場規模增速不及預期的風險。新型存儲技術目前仍在探索階段，尚未被完全規?；?，若技術被驗證無法用于替代目前主流存儲產品，市場規模增速不及預期。行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 14 插圖目錄 圖 1：存儲器市場規模及在半導體行業占比.3 圖 2：存儲行業演變歷程.4 圖 3：處理器和存儲器的性能差距.4 圖 4：常見的存儲系統架構及存儲墻.5 圖 5：PCRAM 結構圖（左圖）和工作時電

37、阻-電壓曲線（右圖）.6 圖 6：PCRAM 的技術布局.6 圖 7：磁隧道結工作原理.7 圖 8：MRAM 應用方向.8 圖 9：ReRAM 原理圖.9 圖 10：ReRAM 應用場景.10 圖 11：FeRAM 工作原理示意圖.10 圖 12：FeRAM 工作原理示意圖.11 表格目錄 表 1：四種新型存儲性能對比.12 行業專題研究/電子 本公司具備證券投資咨詢業務資格，請務必閱讀最后一頁免責聲明 證券研究報告 15 分析師承諾 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并登記為注冊分析師，基于認真審慎的工作態度、專業嚴謹的研究方法與分析邏輯得出研究結論，獨立、客觀地出

38、具本報告，并對本報告的內容和觀點負責。本報告清晰準確地反映了研究人員的研究觀點，結論不受任何第三方的授意、影響，研究人員不曾因、不因、也將不會因本報告中的具體推薦意見或觀點而直接或間接收到任何形式的補償。評級說明 投資建議評級標準 評級 說明 以報告發布日后的 12 個月內公司股價（或行業指數）相對同期基準指數的漲跌幅為基準。其中：A 股以滬深 300 指數為基準；新三板以三板成指或三板做市指數為基準；港股以恒生指數為基準；美股以納斯達克綜合指數或標普500 指數為基準。公司評級 推薦 相對基準指數漲幅 15%以上 謹慎推薦 相對基準指數漲幅 5%15%之間 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之

39、間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 行業評級 推薦 相對基準指數漲幅 5%以上 中性 相對基準指數漲幅-5%5%之間 回避 相對基準指數跌幅 5%以上 免責聲明 民生證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告僅為參考之用，并不構成對客戶的投資建議，不應被視為買賣任何證券、金融工具的要約或要約邀請。本報告所包含的觀點及建議并未考慮個別客戶的特殊狀況、目標或需要，客戶應當充分考慮自身特定狀況，不應單純依靠本報告所載的內容而取代個人的獨立判斷。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容而導致的任何可能

40、的損失負任何責任。本報告是基于已公開信息撰寫，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告所載的資料、意見及預測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，且預測方法及結果存在一定程度局限性。在不同時期，本公司可發出與本報告所刊載的意見、預測不一致的報告，但本公司沒有義務和責任及時更新本報告所涉及的內容并通知客戶。在法律允許的情況下，本公司及其附屬機構可能持有報告中提及的公司所發行證券的頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或正在爭取提供投資銀行、財務顧問、咨詢服務等相關服務，本公司的員工可能擔任本報告所提及的公司的董事?？蛻魬浞挚紤]可能存在的利益沖突，勿將本報告作為投資決策的唯一參考依據。若本公司

41、以外的金融機構發送本報告，則由該金融機構獨自為此發送行為負責。該機構的客戶應聯系該機構以交易本報告提及的證券或要求獲悉更詳細的信息。本報告不構成本公司向發送本報告金融機構之客戶提供的投資建議。本公司不會因任何機構或個人從其他機構獲得本報告而將其視為本公司客戶。本報告的版權僅歸本公司所有，未經書面許可，任何機構或個人不得以任何形式、任何目的進行翻版、轉載、發表、篡改或引用。所有在本報告中使用的商標、服務標識及標記，除非另有說明，均為本公司的商標、服務標識及標記。本公司版權所有并保留一切權利。民生證券研究院：上海：上海市浦東新區浦明路 8 號財富金融廣場 1 幢 5F；200120 北京：北京市東城區建國門內大街 28 號民生金融中心 A 座 18 層；100005 深圳：廣東省深圳市福田區益田路 6001 號太平金融大廈 32 層 05 單元；518026