浅析内存基础知识：易失性、非易失性和持久性

计算机、游戏机、电信、汽车、工业系统以及无数电子设备和系统都依赖于各种形式的固态存储器进行操作。设计人员需要了解易失性和非易失性存储器件的各种选项，以优化系统性能。

一种称为持久存储器 (PMEM) 的新型固态存储器，为设计人员提供了优化系统性能的第三种选择。PMEM 预计不会取代其他形式的固态内存或存储设备。尽管如此，在某些应用中，PMEM 可以提供更快的启动时间、更快地访问内存中的大型数据集以及更低的拥有成本。

动态随机存取存储器

动态随机存取存储器 (DRAM) 最常用作 CPU、GPU、MCU 和其他类型处理器的主存储器。DRAM 是一种易失性存储器，仅在通电时才保留数据。DRAM 的基本构建块是存储各个信息位的位单元。

编辑 搜图

有多种针对特定应用开发的 DRAM 类型，例如：

• DDR（双倍数据速率）：最初，与单数据速率 DRAM 相比，DDR 内存使用预取来将数据速率加倍。预取是一种有效的技术，可以将一代又一代的数据速率加倍，直至 DDR3。此时，还添加了存储体分组 (DDR4) 和通道分割 (DDR5) 等其他技术，以支持一代又一代将数据传输速率加倍的持续需求。
• LPDDR（低功耗双倍数据速率）：有时称为 mDDR（移动 DDR），LPDDR 的开发是为了支持平板电脑、手机、SSD 卡、汽车系统等低功耗应用的需求。LPDDR 具有低功耗特性，例如较低的工作电压和“深度睡眠模式”，与传统 DDR 存储器相比可显着节省功耗。
• GDDR（图形双倍数据速率）：GDDR 芯片是为支持显卡而开发的，具有更大的总线并支持更高的 I/O 时钟速率，可直接与图形处理器单元 (GPU) 连接。GDDR 还用于一般的高带宽应用，而不仅仅是 GPU。

DDR5 是最新形式的 DRAM，旨在通过将内存性能提高 85% 以上来支持下一代服务器工作负载。当数据中心系统架构师寻求通过增加内存带宽和容量来提供快速增长的处理器核心数量时，DDR5 将内存密度提高了一倍，同时提高了可靠性。

编辑 搜图

非易失性存储器

非易失性存储器（NVM）采用电寻址固态存储器（各种形式的只读存储器）和机械寻址存储器（硬盘、光盘、磁带等）的形式，通常称为存储。即使电源被移除，NVM 也会保留数据。电气和机械可寻址方法之间存在权衡。机械可寻址系统的每比特成本要低得多，但访问时间要慢得多。电可寻址系统速度非常快，但与机械可寻址存储设备相比，价格昂贵且容量较小。

半导体非易失性随机存取存储器 (NVRAM) 和只读存储器 (ROM) 通常根据其采用的写入机制进行分类：

• 掩膜 ROM – 仅可在工厂编程，通常用于大批量产品
• EPROM – 可擦除可编程 ROM，可通过设备上石英窗照射的紫外线进行擦除。
• EEPROM – 电可擦除可编程 ROM，使用外部施加的电压来擦除数据。
• 闪存 – 与 EEPROM 类似，具有更大的存储容量，但读/写速度更快。
• F-RAM – 铁电 RAM（一种早期技术）的结构与 DRAM 类似；两者都使用电容器和晶体管。尽管如此，F-RAM 单元并不使用电容器的介电层，而是包含一层锆钛酸铅铁电薄膜，即使在电源中断时，它也可以改变极性并在状态之间切换并保留数据。
• MRAM – 磁阻 RAM（一种早期技术）将数据存储在称为磁隧道结 (MTJ) 的磁性存储元件中。

持久记忆

持久内存 (PMEM) 是高性能固态内存，比闪存等非易失性内存更快，并且比 DRAM 更便宜。由 Micron 等公司提供的非易失性双列直插内存模块 (NVDIMM) 和 Intel 3D XPoint DIMM（也称为 Optane DC 持久内存模块）是 PMEM 的两个示例。

英特尔傲腾等持久内存模块在成本和性能方面介于 DRAM 和 SSD 之间

PMEM 是第三种内存选项。它具有与存储（例如 SSD 和磁盘驱动器）类似的方面，以及一些与易失性和非易失性存储器类似的方面。预计它不会取代存储或内存。尽管如此，它还是为系统设计人员提供了一个额外的工具，可以提供更快的启动时间、更快地访问内存中的大型数据集以及更低的拥有成本。

持久内存的主要优点包括：

• 访问延迟低于闪存 SSD。
• 与闪存相比，吞吐量有所提高。
• 与闪存一样，断电后数据仍保留在内存中。
• PMEM 的成本比 DRAM 低。
• PMEM 是可缓存的。
• 提供对数据的实时访问；支持快速访问大型数据集。

最近的标准发展

JEDEC于2020年7月发布了最新的JESD79-5 DDR5 SDRAM标准。该标准满足了密集型云和企业数据中心应用驱动的需求，为开发人员提供两倍的性能和大幅提高的功效。

JEDEC DDR4 标准于 2020 年 1 月更新，旨在提供更高的性能、更高的可靠性和更低的功耗，从而相对于以前的 DRAM 内存技术取得了重大成就。

虽然上述两个标准由 JEDEC 委员会 JC-42 维护，但 JESD21-C 标准“固态存储器配置”由 JEDEC 委员会 JC-41 维护。JC-41 拥有广泛而活跃的会员，该标准以活页夹格式发布，以适应频繁的更新和更改。