上篇文章（鏈接），小棗君給大家詳細介紹了 DRAM 的滄桑往事。

DRAM 屬于易失性存儲器，也就是大家常說的內(nèi)存。今天，我們再來看看半導體存儲的另一個重要領(lǐng)域，也就是非易失性存儲器（也就是大家熟悉的閃存卡、U 盤、SSD 硬盤等）。

我在“半導體存儲的最強科普（鏈接）”那篇文章中，給大家介紹過，早期時候，存儲器分為 ROM（只讀存儲器）和 RAM（隨機存取存儲器）。后來，才逐漸改為易失性存儲器和非易失性存儲器這樣更嚴謹?shù)姆Q呼方式。

█ 1950s-1970s：從 ROM 到 EEPROM

我們從最早的 ROM 開始說起。

ROM 的準確誕生時間，在現(xiàn)有的資料里都沒有詳細記載。我們只是大概知道，上世紀 50 年代，集成電路發(fā)明之后，就有了掩模 ROM。

掩模 ROM，是真正的傳統(tǒng) ROM，全稱叫做掩模型只讀存儲器（MASK ROM）。

這種傳統(tǒng) ROM 是直接把信息“刻”進存儲器里面，完全寫死，只讀，不可擦除，更不可修改。它的靈活性很差，萬一有內(nèi)容寫錯了，也沒辦法糾正，只能廢棄。

后來，到了 1956 年，美國 Bosch Arma 公司的華裔科學家周文?。╓en Tsing Chow），正式發(fā)明了 PROM（Programmable ROM，可編程 ROM）。

當時，Bosch Arma 公司帶有軍方背景，主要研究導彈、衛(wèi)星和航天器制導系統(tǒng)。

周文俊發(fā)明的 PROM，用于美國空軍洲際彈道導彈的機載數(shù)字計算機。它可以通過施加高壓脈沖，改變存儲器的物理構(gòu)造，從而實現(xiàn)內(nèi)容的一次修改（編程）。

后來，PROM 逐漸出現(xiàn)在了民用領(lǐng)域。

一些新型的 PROM，可以通過專用的設(shè)備，以電流或光照（紫外線）的方式，熔斷熔絲，達到改寫數(shù)據(jù)的效果。

這些 PROM，被大量應(yīng)用于游戲機以及工業(yè)控制領(lǐng)域，存儲程序編碼。

1959 年，貝爾實驗室的工程師 Mohamed M. Atalla（默罕默德?阿塔拉，埃及裔）與 Dawon Kahng（姜大元，韓裔）共同發(fā)明了金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

MOSFET 發(fā)明后，被貝爾實驗室忽視。又過了很多年，1967 年，姜大元與 Simon Min Sze（施敏，華裔）提出，基于 MOS 半導體器件的浮柵，可用于可重編程 ROM 的存儲單元。

這是一個極為重要的發(fā)現(xiàn)。后來的事實證明，MOSFET 是半導體存儲器存儲單元的重要基礎(chǔ)元件，可以說是奠基性技術(shù)。

當時，越來越多的企業(yè)（摩托羅拉、英特爾、德州儀器、AMD 等）加入到半導體存儲的研究中，嘗試發(fā)明可以重復讀寫的半導體存儲，提升 PROM 的靈活性。

正是基于 MOSFET 的創(chuàng)想，1971 年，英特爾公司的多夫?弗羅曼（Dov Frohman，以色列裔），率先發(fā)明了 EPROM（user-erasable PROM，可擦除可編程只讀存儲器）。

EPROM 可以通過暴露在強紫外線下，反復重置到其未編程狀態(tài)。

同樣是 1971 年，英特爾推出了自己的 2048 位 EPROM 產(chǎn)品 ——C1702，采用 p-MOS 技術(shù)。

不久后，1972 年，日本電工實驗室的 Yasuo Tarui、Yutaka Hayashi 和 Kiyoko Naga，共同發(fā)明了 EEPROM（電可擦除可編程 ROM）。

█ 1980~1988：FLASH 閃存的誕生

從 ROM 發(fā)展到 EEPROM 之后，非易失性存儲技術(shù)并沒有停止前進的腳步。

當時，EEPROM 雖然已經(jīng)出現(xiàn)，但仍然存在一些問題。最主要的問題，就是擦除速度太慢。

1980 年，改變整個行業(yè)的人終于出現(xiàn)了，他的名字叫舛岡富士雄（Fujio Masuoka，“舛”念 chuǎn）。

舛岡富士雄是日本東芝（Toshiba）公司的一名工程師。他發(fā)明了一種全新的、能夠快速進行擦除操作的浮柵存儲器，也就是 ——“simultaneously erasable（同步可擦除） EEPROM”。

這個新型 EEPROM 擦除數(shù)據(jù)的速度極快，舛岡富士雄的同事根據(jù)其特點，聯(lián)想到照相機的閃光燈，于是將其取名為 FLASH（閃存）。

遺憾的是，舛岡富士雄發(fā)明 Flash 閃存后，并沒有得到東芝公司的充分重視。東芝公司給舛岡富士雄發(fā)了一筆幾百美金的獎金，然后就將這個發(fā)明束之高閣。

原因很簡單。這一時期，日本 DRAM 正強勢碾壓美國，所以，東芝公司想要繼續(xù)鞏固 DRAM 的紅利，不打算深入推進 Flash 產(chǎn)業(yè)。

1984 年，舛岡富士雄在 IEEE 國際電子元件會議上，正式公開發(fā)表了自己的發(fā)明（NOR Flash）。

在會場上，有一家公司對他的發(fā)明產(chǎn)生了濃厚的興趣。這家公司，就是英特爾。

英特爾非?？粗?FLASH 技術(shù)的前景。會議結(jié)束后，他們拼命打電話給東芝，索要 FLASH 的樣品。收到樣品后，他們又立刻派出 300 多個工程師，全力研發(fā)自己的版本。

1986 年，他們專門成立了研究 FLASH 的部門。

1988 年，英特爾基于舛岡富士雄的發(fā)明，生產(chǎn)了第一款商用型 256KB NOR Flash 閃存產(chǎn)品，用于計算機存儲。

1987 年，舛岡富士雄繼 NOR Flash 之后，又發(fā)明了 NAND Flash。1989 年，東芝終于發(fā)布了世界上第一個 NAND Flash 產(chǎn)品。

NOR 是“或非（NOT OR）”的意思，NAND 是“與非（NOT AND）”的意思。這樣的命名和它們自身的基礎(chǔ)架構(gòu)有關(guān)系。

如下圖所示，NOR Flash 是把存儲單元并行連到位線上。而 NAND Flash，是把存儲單元串行連在位線上。

NOR Flash 存儲器，可以實現(xiàn)按位隨機訪問。而 NAND Flash，只能同時對多個存儲單元同時訪問。

對于 NOR Flash，如果任意一個存儲單元被相應(yīng)的字線選中打開，那么對應(yīng)的位線將變?yōu)?0，這種關(guān)系和“NOR 門電路”相似。

而 NAND Flash，需要使一個位線上的所有存儲單元都為 1，才能使得位線為 0，和 “NAND 門電路”相似。

看不懂？沒關(guān)系，反正記住：NAND Flash 比 NOR Flash 成本更低。（具體區(qū)別，可以參考：關(guān)于半導體存儲的最強入門科普。）

█ 1988~2000：群雄并起，逐鹿 Flash

FLASH（閃存）產(chǎn)品出現(xiàn)后，因為容量、性能、體積、可靠性、能耗上的優(yōu)勢，獲得了用戶的認可。英特爾也憑借其先發(fā)的閃存產(chǎn)品，取得了產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢，賺了不少錢。

搞笑的是，在英特爾公司取得成功后，東芝不僅沒有反省自己的失誤，反而聲稱 FLASH 是英特爾公司的發(fā)明，不是自家員工舛岡富士雄的發(fā)明。

直到 1997 年，IEEE 給舛岡富士雄頒發(fā)了特殊貢獻獎，東芝才正式改口。

這把舛岡富士雄給氣得不行，后來（2006 年），舛岡富士雄起訴了公司，并索要 10 億日元的補償。最后，他和東芝達成了和解，獲賠 8700 萬日元（合 75.8 萬美元）。

1988 年，艾利?哈拉里（Eli Harari）等人，正式創(chuàng)辦了 SanDisk 公司（閃迪，當時叫做 SunDisk）。

1989 年，SunDisk 公司提交了系統(tǒng)閃存架構(gòu)專利（“System Flash”），結(jié)合嵌入式控制器、固件和閃存來模擬磁盤存儲。這一年，英特爾開始發(fā)售 512K 和 1MB NOR Flash。

1989 年，閃存行業(yè)還有一件非常重要的事情，在以色列，有一家名叫 M-Systems 的公司誕生。他們首次提出了閃存盤的概念，也就是后來的閃存 SSD 硬盤。

進入 1990 年代，隨著數(shù)碼相機、筆記本電腦等市場需求的爆發(fā)，F(xiàn)LASH 技術(shù)開始大放異彩。

1991 年，SunDisk 公司推出了世界上首個基于 FLASH 閃存介質(zhì)的 ATA SSD 固態(tài)硬盤（solid state disk），容量為 20MB，尺寸為 2.5 英寸。

東芝也開始發(fā)力，陸續(xù)推出了全球首個 4MB 和 16MB 的 NAND Flash。

1992 年，英特爾占據(jù)了 FLASH 市場份額的 75%。排在第二位的是 AMD，只占了 10%。除了他倆和閃迪之外，行業(yè)還陸續(xù)擠進了 SGS-Thomson、富士通等公司，競爭開始逐漸變得日趨激烈。

這一年，AMD 和富士通先后推出了自己的 NOR Flash 產(chǎn)品。閃存芯片行業(yè)年收入達到 2.95 億美元。

1993 年，美國蘋果公司正式推出了 Newton PDA 產(chǎn)品。它采用的，就是 NOR Flash 閃存。

1994 年，閃迪公司第一個推出 CF 存儲卡（Compact Flash）。當時，這種存儲卡基于 Nor Flash 閃存技術(shù)，用于數(shù)碼相機等產(chǎn)品。

1995 年，M-Systems 發(fā)布了基于 NOR Flash 的閃存驅(qū)動器 ——DiskOnChip。

1996 年，東芝推出了 SmartMedia 卡，也稱為固態(tài)軟盤卡。很快，三星開始發(fā)售 NAND 閃存，閃迪推出了采用 MLC 串行 NOR 技術(shù)的第一張閃存卡。

1997 年，手機開始配置閃存。從此，閃存繼數(shù)碼相機之后，又打開了一個巨大的消費級市場。

這一年，西門子和閃迪合作，使用東芝的 NAND Flash 技術(shù)，開發(fā)了著名的 MMC 卡（Multi Media Memory，多媒體內(nèi)存）。

1999 年 8 月，因為 MMC 可以輕松盜版音樂，東芝公司對其進行了改裝，添加了加密硬件，并將其命名為 SD（Secured Digital）卡。

后來，又有了 MiniSD、MicroSD、MS Micro2 和 Micro SDHC 等，相信 70 后和 80 后的小伙伴一定非常熟悉。

整個 90 年代末，受益于手機、數(shù)碼相機、便攜式攝像機、MP3 播放器等消費數(shù)碼產(chǎn)品的爆發(fā)，F(xiàn)LASH 的市場規(guī)模迅猛提升。當時，市場一片繁榮，參與的企業(yè)也數(shù)量眾多。其中，最具競爭力的，是三星、東芝、閃迪和英特爾。

2000 年，M-Systems 和 Trek 公司發(fā)布了世界上第一個商用 USB 閃存驅(qū)動器，也就是我們非常熟悉的 U 盤。

當時，U 盤的專利權(quán)比較復雜，多家公司聲稱擁有其專利。中國的朗科，也在 1999 年獲得了 U 盤的基礎(chǔ)性專利。

█ 2000~2012：NAND 崛起，NOR 失勢

90 年代末，NAND Flash 就已經(jīng)開始崛起。進入 21 世紀，崛起的勢頭更加迅猛。

2001 年，東芝與閃迪宣布推出 1GB MLC NAND。閃迪自己也推出了首款 NAND 系統(tǒng)閃存產(chǎn)品。

2004 年，NAND 的價格首次基于同等密度降至 DRAM 之下。巨大的成本效應(yīng)，開始將計算機推進閃存時代。

2007 年，手機進入智能機時代，再次對閃存市場技術(shù)格局造成影響。

此前的功能機時代，手機對內(nèi)存的要求不高。NOR Flash 屬于代碼型閃存芯片，憑借 NOR+PSRAM 的 XiP 架構(gòu)（XiP，Execute In Place，芯片內(nèi)執(zhí)行，即應(yīng)用程序不必再把代碼讀到系統(tǒng) RAM 中，而是可以直接在 Flash 閃存內(nèi)運行），得到廣泛應(yīng)用。

進入智能機時代，有了應(yīng)用商店和海量的 APP，NOR Flash 容量小、成本高的缺點就無法滿足用戶需求了。

于是，NOR Flash 的市場份額開始被 NAND Flash 大量取代，市場不斷萎縮。

2008 年左右，從 MMC 開始發(fā)展起來的 eMMC，成為智能手機存儲的主流技術(shù)。

eMMC 即嵌入式多媒體卡（embedded Multi Media Card），它把 MMC（多媒體卡）接口、NAND 及主控制器都封裝在一個小型的 BGA 芯片中，主要是為了解決 NAND 品牌差異兼容性等問題，方便廠商快速簡化地推出新產(chǎn)品。

后來，2011 年，UFS（Universal Flash Storage，通用閃存存儲）1.0 標準誕生。UFS 逐漸取代了 eMMC，成為智能手機的主流存儲方案。當然了，UFS 也是基于 NAND FLASH 的。

SSD 硬盤那邊就更不用說了，基本上都是采用 NAND 芯片。

2015 年左右，三星、鎂光、Cypress 等公司，都逐步退出了 NOR Flash 市場，專注在 NAND Flash 領(lǐng)域進行搏殺。

█ 2012~ 現(xiàn)在：閃存行業(yè)的現(xiàn)狀

市場壟斷格局的形成

2011 年之后，整個閃存行業(yè)動蕩不安，收購事件此起彼伏。

那一時期，LSI 收購 Sandforce、閃迪收購 IMFT、 蘋果收購 Anobit、Fusion-io 收購 IO Turbine。2016 年，發(fā)生了一個更重磅的收購 —— 西部數(shù)據(jù)收購了閃迪。

通過整合并購，NAND Flash 市場的玩家越來越少。

最終，形成了由三星、鎧俠（東芝）、西部數(shù)據(jù)、鎂光、SK 海力士、Intel 等巨頭為主導的集中型市場。直到現(xiàn)在，也是如此。

在 NAND 閃存市場里，這些巨頭的份額加起來，超過 95%。其中，三星的市場份額是最高的，到達了 33-35%。

3D NAND 時代的到來

正如之前 DRAM 那篇文章所說，到了 2012 年左右，隨著 2D 工藝制程逐漸進入瓶頸，半導體開始進入了 3D 時代。NAND Flash 這邊，也是如此。

2012 年，三星正式推出了第一代 3D NAND 閃存芯片。隨后，閃迪、東芝、Intel、西部數(shù)據(jù)紛紛發(fā)布 3D NAND 產(chǎn)品。閃存行業(yè)正式進入 3D 時代。

此后，3D NAND 技術(shù)不斷發(fā)展，堆疊層數(shù)不斷提升，容量也變得越來越大。

3D NAND 存在多種路線。以三星為例，在早期的時候，三星也研究過多種 3D NAND 方案。最終，他們選擇量產(chǎn)的是 VG 垂直柵極結(jié)構(gòu)的 V-NAND 閃存。

目前，根據(jù)媒體的消息，三星已經(jīng)完成了第八代 V-NAND 技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)，將采用 236 層 3D NAND 閃存芯片，單顆 Die 容量達 1Tb，運行速度為 2.4Gb / 秒。

三星的市場份額最大，但他們的層數(shù)并不是最多的。

今年 5 月份，鎂光已經(jīng)宣布推出 232 層的 3D TLC NAND 閃存，并準備在 2022 年末開始生產(chǎn)。韓國的 SK 海力士，更是發(fā)布了 238 層的產(chǎn)品。

NOR 迎來第二春

再來說說 NOR Flash。

前面我們說到，NOR Flash 從 2005 年開始逐漸被市場拋棄。

到 2016 年，NOR Flash 市場規(guī)模算是跌入了谷底。

誰也沒想到，否極泰來，這些年，NOR Flash 又迎來了新的生機。

以 TWS 耳機為代表的可穿戴設(shè)備、手機屏幕顯示的 AMOLED（有源矩陣有機發(fā)光二極體面板）和 TDDI（觸屏）技術(shù)，以及功能越來越強大的車載電子領(lǐng)域，對 NOR Flash 產(chǎn)生了極大的需求，也帶動了 NOR Flash 市場的強勁復蘇。

從 2016 年開始，NOR Flash 市場規(guī)模逐步擴大。

受此利好影響，加上很多大廠此前已經(jīng)放棄或縮減了 NOR Flash 規(guī)模（鎂光和 Cypress 持續(xù)減產(chǎn)），所以，一些第二梯隊的企業(yè)獲得了機會。

其中，就包括中國臺灣的旺宏、華邦，還有中國大陸的兆易創(chuàng)新。這三家公司的市場份額，約占 26%、25%、19%，加起來的話，超過 70%。

█ FLASH 閃存的國產(chǎn)化

在國產(chǎn)化方面，NAND Flash 值得一提的是長江存儲。

長江存儲于 2016 年 7 月 26 日在武漢新芯集成電路制造有限公司的基礎(chǔ)上正式成立，主要股東包括中國集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金和紫光集團、湖北政府等，致力于提供 3D NAND 閃存設(shè)計、制造和存儲器解決方案的一體化服務(wù)。

2020 年，長江存儲宣布 128 層 TLC / QLC 兩款產(chǎn)品研發(fā)成功， 且推出了致鈦系列兩款消費級 SSD 新品。

建議大家支持國產(chǎn)

2021 年底，長江存儲就已經(jīng)達到了每月生產(chǎn) 10 萬片晶圓的產(chǎn)能。截止 2022 年上半年，已完成架構(gòu)為 128 層的 NAND 量產(chǎn)。

目前，長江存儲正在努力挑戰(zhàn) 232 層 NAND，爭取盡快縮小制程差距，追趕國際大廠。

NOR Flash 方面，剛才已經(jīng)提到了兆易創(chuàng)新（GigaDevice）。

兆易創(chuàng)新成立于 2005 年，是一家以中國為總部的全球化芯片設(shè)計公司。2012 年時，他們就是中國大陸地區(qū)最大的代碼型閃存芯片本土設(shè)計企業(yè)。

目前，他們在 NOR Flash 領(lǐng)域排名世界第三。2021 年，兆易創(chuàng)新的存儲芯片出貨量大約是 32.88 億顆（主要是 NOR Flash），位居全球第二。

█ 結(jié)語

近年來，如大家所見，隨著 FLASH 芯片價格的不斷下降，個人家庭及企業(yè)用戶開始大規(guī)模采用閃存，以及 SSD 硬盤。SSD 硬盤的出貨量，逐漸超過 HDD 機械硬盤。存儲介質(zhì)的更新?lián)Q代，又進入新的高峰。

未來，閃存的市場占比將會進一步擴大。在這樣的趨勢下，不僅我們個人和家庭用戶的存儲使用體驗將會變得更好，整個社會對存力的需求也可以得到進一步的滿足。

半導體存儲，將為全人類的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)揮更大的作用。

好啦，今天的文章就到這里，感謝大家的耐心觀看！

參考資料：

• 1、《半導體行業(yè)存儲芯片研究框架-NOR 深度報告》，方正證券；

• 2、《雜談閃存二：NOR 和 NAND Flash》，老狼，知乎；

• 3、《存儲技術(shù)發(fā)展歷程》，謝長生；

• 4、《閃存技術(shù)的 50 多年發(fā)展史》，存儲在線；

• 5、《存儲大廠又一次豪賭》，半導體行業(yè)觀察；

• 6、《存儲芯片行業(yè)研究報告》，國信證券；

• 7、《國產(chǎn)存儲等待一場革命》，付斌，果殼；

• 8、《關(guān)于半導體存儲，沒有比這篇更全的了》，芯師爺；

• 9、《計算機存儲歷史》，中國存儲網(wǎng)；

• 10、《3D NAND 閃存層數(shù)堆疊競賽，200 + 層誰才是最優(yōu)方案？》，閃存市場；

• 11、《一文看懂 3D NAND Flash》，半導體行業(yè)觀察；

• 12、百度百科、維基百科相關(guān)詞條。

本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君

廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。