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新需求爆發、記憶體動能強

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張于紳、STPI科技政策研究組 發表於 2018年6月19日

圖一、
新需求爆發、記憶體動能強
 
現代電子產品中,記憶體扮演著不可或缺的重要的角色。2017年半導體產業產值預估將首次超過4千億美金,其中原因之一即是記憶體需求大增,廠商得以提高售價,致營收在2017年就上升了約五成,韓國三星身為最大的記憶體供應商獲利最大。這波記憶體熱潮預計被新興的需求繼續推動,物聯網、穿戴式裝置、雲端儲存和巨量資料運算等都將持續成為記憶體市場的動能。

目前記憶體依儲存特性,以斷電後資料是否消失可分為揮發性和非揮發性記憶體,揮發性記憶體斷電後資料不能留存,成本較高但是速度快,通常用於資料暫存;非揮發性記憶體存取速度較慢但可長久保存資料。靜態隨機存取記憶體(SRAM)與動態隨機存取記憶體(DRAM)常被大量使用在電腦系統及電子產品中作為資料暫存用之揮發性記憶體。DRAM目前以PC/NB與行動應用為主,不過,在支援虛擬化、繪圖及其他複雜、即時工作應用上,也將逐年增加。DRAM從80年代前全球超過 20 家公司製造,到現在只剩主要廠商為三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)與美光(Micron)等三大家寡佔,而其應用種類卻從主要PC類擴及消費性電子(如 iPod)、手機、平板電腦、穿戴裝置,智慧汽車、無人駕駛車對於 DRAM 的需求也越來越高。

唯讀記憶體(ROM)或可讀寫式記憶體如傳統機械式硬碟(HDD)、固態硬碟(SSD)、快閃記憶體(Flash Memory)等雖然有不同的讀寫特性,但皆是在電源被切斷後仍可長時間保存資料。其中,Flash的操作速度與一般硬碟相比還是比較快,所以逐漸成為主流。Flash記憶體的架構和ROM一樣可以分為並聯式(NOR)跟串聯式(NAND)的,並聯式快閃記憶體(NOR-Flash)常見於主機板BIOS,串聯式快閃記憶體(NAND-Flash)則常見於一般消費性電子產品,諸如︰手機、隨身碟、SSD等,NAND Flash隨著製程技術不斷進化、單位容量成本不斷下降的情況下,已經在智慧手機、嵌入式裝置與工控應用上大量普及,近年來,應用於大數據資料儲存及越來越多的筆記型電腦的固態硬碟需求增加,由NAND-Flash所製成的SSD有逐漸取代一般硬碟的趨勢。主要廠商為三星 (Samsung)、東芝(Toshiba)與SK海力士(SK Hynix)等。

DRAM及NAND Flash在特性與成本上具有互補性,前者每秒傳輸頻寬大、單位成本較高且消耗功率較大;後者在傳輸速度上慢、每單位成本較低且消耗功率低,因此兩者在市場與功能上具有區隔性,也構成目前記憶體產品兩大陣營,因應物聯網、大數據與雲端等資料爆發性成長世代來臨,記憶體不管是獨立(Stand-alone)或嵌入式(embedded),都將是系統架構的關鍵元件,展望2020年全球記憶體市場規模為795.1億美元,其中DRAM佔比為38.9%、NAND Flash佔比55.1%、下世代記憶體的佔比則躍升為2.0%。然而,由於主流記憶體DRAM與NAND在微縮製程上已出現瓶頸與影響,因此,找出替代性的解決方案或改變電路等以因應未來資料儲存需求將是目前記憶體產業最重要的議題。開發下世代記憶體的三大衡量標準,包括成本、元件效能、可微縮性與密度等,其中成本需考量記憶體顆粒、模組與控制電路等總體;元件效能則包含延遲時間、可靠度、資料保存耐久度等。

下世代的記憶體,目前普遍朝向改變過去儲存電荷來存取資料的方式,藉由改變儲存狀態機制解決製程上的限制,除此之外,低功耗為下世代記憶體甚至元件的共通目標。目前有PCRAM、ReRAM、Fe-RAM、STT-MRAM與3D XPoint等多種類型,但被視為較有潛力的為STT-MRAM與3D XPoint。台灣擁有世界上最先進的製程以及優秀元件與電路研發人才,在記憶體的研發上是站在一個相當有利的位置的。如果台灣可以好好把握這個優勢,完善電子產業生態鏈,避免受制於國外大廠對記憶體市場的壟斷,在全球站穩關鍵性地位,同時保持台灣電子產業的競爭力。

(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)
本文刊登於經濟日報2018/06/16)
 
圖二、目前常見的記憶體種類

 
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