数字化转型：概念性名词浅谈（第七十二讲）

大家好，今天接着介绍数字化转型的概念性名词系列。

（1）易失性存储器

易失性存储器（Volatile Memory），简称RAM（Random Access Memory），是一种断电后数据丢失的存储装置，主要用于计算机系统临时存储操作系统及运行中的程序和数据 [1]。其核心特性包括实时读写能力和数据临时性，分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两大类，其中DRAM因成本低、集成度高而被广泛用作计算机主存，SRAM因无需刷新、速度快而多用于CPU高速缓存。

该存储器通过电路设计优化电噪声管理和指令执行效率，DRAM需周期性刷新电容电荷以维持数据，SRAM采用触发器实现静态存储。SPI闪存因引脚少、兼容性强，在汽车电子和通信模块中用于固件代码直接读取，采用XIP模式实现高速数据吞吐。随技术发展，串口闪存逐步替代并口闪存成为消费电子主流，DDR SDRAM等演进技术通过双倍速率提升性能。

它在任何时候都可以读写，RAM通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质（可称作系统内存）。

不过，当电源关闭时RAM不能保留数据，如果需要保存数据，就必须把它们写入到一个长期的存储器中（例如硬盘）。正因为如此，有时也将RAM称作“可变存储器”。RAM内存可以进一步分为静态RAM（SRAM）和动态内存（DRAM）两大类。DRAM由于具有较低的单位容量价格，所以被大量的采用作为系统的主记忆。

SPI闪存的的优点是引脚数量少而且固定不变(8个或16个)。串口闪存的这个特性可简化电路板布局，无需更改硬件即可升级固件，从而可以降低系统开发的总体成本。

由于在简易性和成本方面的强大优势，PC机和消费电子市场出现了并口闪存改用SPI闪存的发展趋势。只要达到性能要求时，设备厂商就会优先选用串口闪存。计算机光驱、汽车电子、蓝牙模块、机顶盒和调制解调器市场正在引入这种能够把代码直接读到非易失性存储器内的SPI闪存。

XiP(片内执行)应用要求串口存储器提供一种“随机访存”仿真功能，即无需发送指令即可访问存储器内容，并准许以最大的吞吐量访问存储器。因为传统用途是存储和下载代码，所以SPI存储器是同步器件，XIP功能迫使设计人员研发灵活的存储器，能够根据芯片组特性灵活地配置串行闪存。例如，在系统上电后，具有XIP功能的器件需要基于命令、地址和数据的JEDEC协议，所以有些逻辑器件不准像管理XIP器件一样管理串口闪存。

此外，有些逻辑器件只在一条线上或者最多在两条线上支持XIP模式，因为固有的硬件限制，不可能开启4位I/O输入输出模式。

最后，因为实现一个混合协议、接受命令的传统存储器和不接受命令的非易失性存储器的设计困难，芯片组厂商更愿意保留原有的SPI指令结构，即命令、地址和数据。在这些情况下，高速协议结合并行化命令、地址和数据的方案更受市场欢迎。

（2）非易失性存储器技术

非易失性存储器技术是指在计算机断电或意外关闭时保持数据不丢失的存储技术，分为块寻址（如NAND闪存）和字节寻址（如3D XPoint）两类。该技术通过闪存、相变存储器、阻变存储器等介质实现数据持久化存储，其中NVDIMM整合DRAM与闪存并采用超级电容供电，断电时可快速转移数据至闪存保护。

该技术采用锂电池或超级电容作为备用电源，断电时将DRAM数据转移至非易失性介质实现保护。3D XPoint技术由英特尔与镁光联合研发，延迟速度达纳秒级，填补了DRAM与NAND间的性能空白。RRAM因纳米级尺寸和CMOS兼容特性被视为下一代发展方向，而F-RAM凭借高耐久度与低功耗。

2016年英特尔与镁光发布3D XPoint技术，2020年复旦大学团队研制的亚1纳秒擦写速度皮秒闪存器件突破存取速度极限。聚辰股份基于EEPROM技术开发的DDR5 SPD芯片已应用于服务器及智能汽车领域。

近年来，非易失性存储器（nonvolatile memory，NVM）技术得到了快速发展。非易失性存储器主要分为块寻址和字节寻址两类。以闪存（flashmemory）为代表的块寻址非易失性存储器已经广泛应用于嵌入式系统、桌面系统及数据中心等系统中。字节寻址的非易失性存储器主要包括相变存储器（phase change memory，PCM）、阻变存储器（resistive random- accessmemory，RRAM）、自旋矩存储器（spin-transfer torque RAM，STT- RAM）等 。而在字节寻址的非易失性存储技术方面，NVDIMM是已经商用的一种模拟持久性内存存储器件。NVDIMM采用闪存与DRAM（动态随机存储器）的混合形式，并采用电容或后备电源保证DRAM数据掉电不丢，以模拟持久性内存。2015年，英特尔与镁光公司联合发布的3D XPoint存储技术，是最接近商用的、真正意义上的、字节寻址的非易失性存储器。随着非易失性存储器硬件技术的成熟，基于非易失性器件构建存储系统成为当前的研究热点之一。

在应用方面，高性能计算和大数据分析对数据的存储与处理的要求越来越高，对非易失性存储器的使用有着迫切的需求。数据密集型应用的比例逐渐超越计算密集型应用，成为了计算机系统中的主流应用。然而，外存存储性能的提升远远落后于计算性能的提升，传统存储系统的性能远不能满足高性能计算与大数据应用的需求。为此，非易失性存储器因具有性能高、能耗低和体积小等优点，对于数据密集型应用的性能提升具有重要意义。然而，传统存储系统的构建方式不仅不利于发挥非易失性存储器在性能方面优势，还暴露了易失性存储器在耐久性（使用寿命）、读写不对称等方面的劣势。

本篇文章要介绍的就是这么多，我们下篇文章再见。