上篇文章（

連結

），小棗君給大家詳細介紹了DRAM的滄桑往事。

DRAM屬於易失性儲存器，也就是大家常說的記憶體。今天，我們再來看看半導體儲存的另一個重要領域，也就是

非易失性儲存器

（也就是大家熟悉的快閃記憶體卡、隨身碟、SSD硬碟等）。

我在“半導體儲存的最強科普（

連結

）”那篇文章中，給大家介紹過，早期時候，儲存器分為

ROM（只讀儲存器）

和

RAM（隨機存取儲存器）

。後來，才逐漸改為

易失性儲存器

和

非易失性儲存器

這樣更嚴謹的稱呼方式。

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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，在現有的資料裡都沒有詳細記載。我們只是大概知道，上世紀50年代，積體電路發明之後，就有了

掩模ROM

。

掩模ROM，是真正的傳統ROM，全稱叫做掩模型只讀儲存器（MASK ROM）。

這種傳統ROM是直接把資訊“刻”進儲存器裡面，完全寫死，只讀，不可擦除，更不可修改。它的靈活性很差，萬一有內容寫錯了，也沒辦法糾正，只能廢棄。

後來，到了1956年，美國Bosch Arma公司的華裔科學家

周文俊（Wen Tsing Chow）

，正式發明了

PROM（Programmable ROM，可程式設計ROM）

。

周文俊

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

周文俊發明的PROM，用於美國空軍洲際彈道導彈的機載數字計算機。它可以透過施加高壓脈衝，改變儲存器的物理構造，從而實現內容的一次修改（程式設計）。

後來，PROM逐漸出現在了民用領域。

一些新型的PROM，可以透過專用的裝置，以電流或光照（紫外線）的方式，熔斷熔絲，達到改寫資料的效果。

這些PROM，被大量應用於遊戲機以及工業控制領域，儲存程式編碼。

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）

共同發明了

金氧半導體場效應電晶體（MOSFET）

。

默罕默德·阿塔拉與姜大元

MOSFET發明後，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，基於MOS半導體器件的浮柵，可用於可重程式設計ROM的儲存單元。

姜大元（左上）、施敏（右上），還有它們設計的

浮柵

架構

這是一個極為重要的發現。後來的事實證明，

MOSFET是半導體儲存器儲存單元的重要基礎元件，可以說是奠基性技術。

當時，越來越多的企業（摩托羅拉、英特爾、德州儀器、AMD等）加入到半導體儲存的研究中，嘗試發明可以重複讀寫的半導體儲存，提升PROM的靈活性。

正是基於MOSFET的創想，1971年，英特爾公司的

多夫·弗羅曼

（Dov Frohman，以色列裔），率先發明瞭

EPROM

（user-erasable PROM，可擦除可程式設計只讀儲存器）。

多夫·弗羅曼

EPROM可以透過暴露在強紫外線下，反覆重置到其未程式設計狀態。

同樣是1971年，英特爾推出了自己的2048位EPROM產品——

C1702

，採用p-MOS技術。

C1702

不久後，1972年，日本電工實驗室的Yasuo Tarui、Yutaka Hayashi和Kiyoko Naga，共同發明了

EEPROM（電可擦除可程式設計ROM）

。

█

1980~1988：FLASH快閃記憶體的誕生

從ROM發展到EEPROM之後，非易失性儲存技術並沒有停止前進的腳步。

當時，EEPROM雖然已經出現，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，改變整個行業的人終於出現了，他的名字叫

舛岡富士雄

（Fujio Masuoka，“舛”念chuǎn）。

舛岡富士雄

舛岡富士雄是日本東芝（Toshiba）公司的一名工程師。他

發明了一種全新的、能夠快速進行擦除操作的浮柵儲存器，也就是——“simultaneously erasable（同步可擦除） EEPROM”。

這個新型EEPROM擦除資料的速度極快，舛岡富士雄的同事根據其特點，聯想到照相機的閃光燈，於是將其取名為

FLASH（快閃記憶體）

。

遺憾的是，舛岡富士雄發明Flash快閃記憶體後，並沒有得到東芝公司的充分重視。東芝公司給舛岡富士雄發了一筆幾百美金的獎金，然後就將這個發明束之高閣。

原因很簡單。這一時期，日本DRAM正強勢碾壓美國，所以，東芝公司想要繼續鞏固DRAM的紅利，不打算深入推進Flash產業。

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

在會場上，有一家公司對他的發明產生了濃厚的興趣。這家公司，就是

英特爾

。

英特爾非常看重FLASH技術的前景。會議結束後，他們拼命打電話給東芝，索要FLASH的樣品。收到樣品後，他們又立刻派出300多個工程師，全力研發自己的版本。

1986年，他們專門成立了研究FLASH的部門。

1988年，英特爾基於舛岡富士雄的發明，生產了第一款商用型256KB NOR Flash快閃記憶體產品，用於計算機儲存。

1987年，舛岡富士雄繼NOR Flash之後，又發明了

NAND Flash

。1989年，東芝終於釋出了世界上第一個NAND Flash產品。

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架構有關係。

如下圖所示，NOR Flash是把儲存單元並行連到位線上。而NAND Flash，是把儲存單元序列連在位線上。

架構對比

NOR Flash儲存器，可以實現按位隨機訪問。而NAND Flash，只能同時對多個儲存單元同時訪問。

對於NOR Flash，如果任意一個儲存單元被相應的字線選中開啟，那麼對應的位線將變為 0，這種關係和“NOR閘電路”相似。

而NAND Flash，需要使一個位線上的所有儲存單元都為 1，才能使得位線為 0，和 “NAND閘電路”相似。

看不懂？沒關係，反正記住：NAND Flash比NOR Flash成本更低。（具體區別，可以參考：

關於半導體儲存的最強入門科普

。）

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1988~2000：群雄並起，逐鹿Flash

FLASH（快閃記憶體）產品出現後，因為容量、效能、體積、可靠性、能耗上的優勢，獲得了使用者的認可。英特爾也憑藉其先發的快閃記憶體產品，取得了產業領先優勢，賺了不少錢。

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

直到1997年，IEEE給舛岡富士雄頒發了特殊貢獻獎，東芝才正式改口。

這把舛岡富士雄給氣得不行，後來（2006年），舛岡富士雄起訴了公司，並索要10億日元的補償。最後，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，正式創辦了

SanDisk公司

（閃迪，當時叫做SunDisk）。

1989年，SunDisk公司提交了系統快閃記憶體架構專利（“System Flash”），結合嵌入式控制器、韌體和快閃記憶體來模擬磁碟儲存。這一年，英特爾開始發售512K和1MB NOR Flash。

1989年，快閃記憶體行業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。他們首次提出了快閃記憶體盤的概念，也就是後來的快閃記憶體SSD硬碟。

進入1990年代，隨著數碼相機、膝上型電腦等市場需求的爆發，FLASH技術開始大放異彩。

1991年，SunDisk公司推出了世界上首個基於FLASH快閃記憶體介質的ATA SSD固態硬碟（solid state disk），容量為20MB，尺寸為2。5英寸。

東芝也開始發力，陸續推出了全球首個4MB和16MB的NAND Flash。

1992年，英特爾佔據了FLASH市場份額的75%。排在第二位的是AMD，只佔了10%。除了他倆和閃迪之外，行業還陸續擠進了SGS-Thomson、富士通等公司，競爭開始逐漸變得日趨激烈。

這一年，AMD和富士通先後推出了自己的NOR Flash產品。快閃記憶體晶片行業年收入達到2。95億美元。

1993年，美國蘋果公司正式推出了Newton PDA產品。它採用的，就是NOR Flash快閃記憶體。

1994年，閃迪公司第一個推出

CF儲存卡

（Compact Flash）。當時，這種儲存卡基於Nor Flash快閃記憶體技術，用於數碼相機等產品。

1995年，M-Systems釋出了基於NOR Flash的快閃記憶體驅動器——DiskOnChip。

1996年，東芝推出了SmartMedia卡，也稱為

固態軟盤卡

。很快，三星開始發售NAND快閃記憶體，閃迪推出了採用MLC序列NOR技術的第一張快閃記憶體卡。

1997年，手機開始配置快閃記憶體。

從此，快閃記憶體繼數碼相機之後，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，開發了著名的

MMC

卡（Multi Media Memory，多媒體記憶體）。

1999年8月，因為MMC可以輕鬆盜版音樂，東芝公司對其進行了改裝，添加了加密硬體，並將其命名為

SD（Secured Digital）

卡。

後來，又有了MiniSD、MicroSD、MS Micro2和Micro SDHC等，相信70後和80後的小夥伴一定非常熟悉。

整個90年代末，受益於手機、數碼相機、行動式攝像機、MP3播放器等消費數碼產品的爆發，FLASH的市場規模迅猛提升。當時，市場一片繁榮，參與的企業也數量眾多。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公司釋出了世界上第一個商用USB快閃記憶體驅動器，也就是我們非常熟悉的

隨身碟

。

它還有一個名字，叫拇指驅動器

當時，隨身碟的專利權比較複雜，多家公司聲稱擁有其專利。中國的朗科，也在1999年獲得了隨身碟的基礎性專利。

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2000~2012：NAND崛起，NOR失勢

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

2001年，東芝與閃迪宣佈推出1GB MLC NAND。閃迪自己也推出了首款NAND系統快閃記憶體產品。

2004年，NAND的價格首次基於同等密度降至DRAM之下。巨大的成本效應，開始將計算機推進快閃記憶體時代。

2007年，手機進入智慧機時代，再次對快閃記憶體市場技術格局造成影響。

此前的功能機時代，手機對記憶體的要求不高。NOR Flash屬於程式碼型快閃記憶體晶片，憑藉NOR+PSRAM的XiP架構（

XiP，Execute In Place，晶片內執行，

即應用程式不必再把程式碼讀到系統RAM中，而是可以直接在Flash快閃記憶體內執行

），得到廣泛應用。

進入智慧機時代，有了應用商店和海量的APP，NOR Flash容量小、成本高的缺點就無法滿足使用者需求了。

於是，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開始發展起來的

eMMC

，成為智慧手機儲存的主流技術。

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

後來，2

011年，

UFS

（Universal Flash Storage，通用快閃記憶體儲存）1。0標準誕生。UFS逐漸取代了eMMC，成為智慧手機的主流儲存方案。當然了，UFS也是基於NAND FLASH的。

SSD硬碟那邊就更不用說了，基本上都是採用NAND晶片。

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領域進行搏殺。

█

2012~現在：快閃記憶體行業的現狀

市場壟斷格局的形成

2011年之後，整個快閃記憶體行業動盪不安，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，發生了一個更重磅的收購——

西部資料收購了閃迪

。

透過整合併購，NAND Flash市場的玩家越來越少。

最終，形成了由三星、鎧俠（東芝）、西部資料、鎂光、SK 海力士、Intel等巨頭為主導的集中型市場。直到現在，也是如此。

在NAND快閃記憶體市場裡，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工藝製程逐漸進入瓶頸，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快閃記憶體晶片。隨後，閃迪、東芝、Intel、西部資料紛紛釋出3D NAND產品。快閃記憶體行業正式進入3D時代。

此後，3D NAND技術不斷髮展，堆疊層數不斷提升，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，他們選擇量產的是VG垂直柵極結構的V-NAND快閃記憶體。

目前，根據媒體的訊息，三星已經完成了第八代V-NAND技術產品的開發，將採用

236

層3D NAND快閃記憶體晶片，單顆Die容量達1Tb，執行速度為2。4Gb/秒。

三星的市場份額最大，但他們的層數並不是最多的。

今年5月份，鎂光已經宣佈推出

232

層的3D TLC NAND快閃記憶體，並準備在2022年末開始生產。韓國的SK海力士，更是釋出了

238

層的產品。

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裝置、手機螢幕顯示的AMOLED（有源矩陣有機發光二極體面板）和TDDI（觸屏）技術，以及功能越來越強大的車載電子領域，對NOR Flash產生了極大的需求，也帶動了NOR Flash市場的強勁復甦。

從2016 年開始，NOR Flash市場規模逐步擴大。

受此利好影響，加上很多大廠此前已經放棄或縮減了NOR Flash規模（鎂光和

Cypress

持續減產），所以，一些第二梯隊的企業獲得了機會。

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

█

FLASH快閃記憶體的國產化

在國產化方面，NAND Flash值得一提的是

長江儲存

。

長江儲存於2016年7月26日在武漢新芯積體電路製造有限公司的基礎上正式成立，主要股東包括中國積體電路產業投資基金和紫光集團、湖北政府等，致力於提供3D NAND快閃記憶體設計、製造和儲存器解決方案的一體化服務。

2020 年，長江儲存宣佈128層TLC/QLC兩款產品研發成功， 且推出了致鈦系列兩款消費級SSD新品。

建議大家支援國產

2021年底，長江儲存就已經達到了每月生產10萬片晶圓的產能。截止2022年上半年，已完成架構為128層的NAND量產。

目前，長江儲存正在努力挑戰232層NAND，爭取儘快縮小製程差距，追趕國際大廠。

NOR Flash方面，剛才已經提到了

兆易創新（GigaDevice）

。

兆易創新成立於2005年，是一家以中國為總部的全球化晶片設計公司。2012年時，他們就是中國大陸地區最大的程式碼型快閃記憶體晶片本土設計企業。

目前，他們在NOR Flash領域排名世界第三。2021年，兆易創新的儲存晶片出貨量大約是32。88億顆（主要是NOR Flash），位居全球第二。

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結語

近年來，如大家所見，隨著FLASH芯片價格的不斷下降，個人家庭及企業使用者開始大規模採用快閃記憶體，以及SSD硬碟。SSD硬碟的出貨量，逐漸超過HDD機械硬碟。儲存介質的更新換代，又進入新的高峰。

未來，快閃記憶體的市場佔比將會進一步擴大。在這樣的趨勢下，不僅我們個人和家庭使用者的儲存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。

半導體儲存，將為全人類的數字化轉型發揮更大的作用。

好啦，今天的文章就到這裡，感謝大家的耐心觀看！

參考資料：

1、《

半導體行業儲存晶片研究框架-NOR深度報告

》，方正證券；

2、《

雜談快閃記憶體二：NOR和NAND Flash

》，老狼，知乎；

3、《

儲存技術發展歷程

》，謝長生；

4、《快閃記憶體技術的50多年發展史》，儲存線上；

5、《儲存大廠又一次豪賭》，半導體行業觀察；

6、《儲存晶片行業研究報告》，國信證券；

7、《國產儲存等待一場革命》，付斌，果殼；

8、《關於半導體儲存，沒有比這篇更全的了》，芯師爺；

9、《計算機儲存歷史》，中國儲存網；

10、《3D NAND快閃記憶體層數堆疊競賽，200+層誰才是最優方案？》，快閃記憶體市場；

11、《一文看懂3D NAND Flash》，

半導體行業觀

察；

12、百度百科、維基百科相關詞條。