隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（英語：Random Access Memory，縮寫：RAM），也叫主存，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)器。它可以隨時(shí)讀寫（刷新時(shí)除外），而且速度很快，通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。RAM工作時(shí)可以隨時(shí)從任何一個(gè)指定的地址寫入（存入）或讀出（取出）信息。它與ROM的最大區(qū)別是數(shù)據(jù)的易失性，即一旦斷電所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將隨之丟失。
世界上最早的全電子化存儲(chǔ)器是1947年在曼徹斯特大學(xué)誕生的威廉姆斯-基爾伯恩管 (Williams-Kilburn tube)，其原理是用陰極射線管在屏幕表面上留下記錄數(shù)據(jù)的“點(diǎn)”，也可以稱之為真正意義上的第一代RAM。從那時(shí)起，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器經(jīng)歷了數(shù)代演變，相關(guān)系統(tǒng)包括磁芯存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、(DRAM)、sram和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等等。目前討論計(jì)算速度時(shí)，隨機(jī)存儲(chǔ)器是最受歡迎的硬件組件之一。最新發(fā)明的DDR5的出現(xiàn)成為新一代 DRAM 的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，DRAM正在緊隨NAND的步伐，向三維發(fā)展，以提高單位面積的存儲(chǔ)單元數(shù)量，推動(dòng)存儲(chǔ)器技術(shù)的突破。
隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）主要由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、讀/寫控制器、輸入/輸出、片選控制等幾部分組成。根據(jù)存儲(chǔ)單元的工作原理不同，可劃分為靜態(tài)存取存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存取存儲(chǔ)器兩類。其中動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）在內(nèi)存計(jì)算領(lǐng)域展現(xiàn)出延遲低、 帶寬高、運(yùn)算速度快、集成密度大和生產(chǎn)工藝成熟等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于云服務(wù)器、電腦、手機(jī)等電子設(shè)備。
發(fā)展歷程
回顧一下RAM的發(fā)展歷程，即將曾經(jīng)占據(jù)整個(gè)房間的巨大的磁芯結(jié)構(gòu)縮小為微小的口袋大小的硬件，同時(shí)指數(shù)級地增加其存儲(chǔ)容量和訪問效率?？偟脕碚f，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：
磁鼓存儲(chǔ)器
最早與RAM相似的東西被稱為磁鼓存儲(chǔ)器，于1932年由Gusta Tauschek發(fā)明。從技術(shù)上講，磁鼓存儲(chǔ)器并不能完全發(fā)揮現(xiàn)代RAM的功能，它更適合作為HDD或硬盤驅(qū)動(dòng)器。然而，在那個(gè)古老的時(shí)代，沒有理由將主工作存儲(chǔ)器或輔助存儲(chǔ)器分開，這就是為什么我們?nèi)匀豢梢詫⒋殴拇鎯?chǔ)器視為第一代RAM。磁鼓存儲(chǔ)器的外表面涂有一層鐵磁材料，作為存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的存儲(chǔ)器。位于鐵磁表面上方讀寫頭用于輸入或提取信息。如果想要將信息寫入磁鼓存儲(chǔ)器，就會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖，并改變磁鼓表面磁粒子的方向以存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。如果我們想要執(zhí)行讀取，我們可以簡單地沿著表面掃描每個(gè)磁粒子的復(fù)雜方向。這是處理磁鼓存儲(chǔ)器時(shí)最簡單的方法。然而，為了優(yōu)化讀寫速度，我們必須對每個(gè)硬件組件的結(jié)構(gòu)有大量的了解。特別是程序員，他們被限制在最佳編程中，他們嚴(yán)格地將代碼放置在鼓中以最小化指令加載時(shí)間(也稱為跳過因子或交錯(cuò))。盡管存在這些困難，但自20世紀(jì)50年代以來，磁鼓存儲(chǔ)器由于其高效的存儲(chǔ)器檢索和低成本而成為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的主要選擇。
真空管存儲(chǔ)器
如前所述，由于其非易失性，磁鼓存儲(chǔ)器更接近于磁盤而不是RAM。因此，RAM的第一個(gè)真正的誕生實(shí)際上是于1949年由弗雷迪·威廉姆斯和湯姆·基爾本發(fā)明的威廉姆斯-基爾伯恩管 （Williams-Kilburn tube）。它采用了與第一代笨重電視相同的技術(shù)，即陰極射線管。記憶寫入的工作原理是發(fā)送電子束，用帶正電荷的線圈使電子束偏轉(zhuǎn)，然后撞擊熒光粉表面，形成網(wǎng)格圖案。這些模式表示計(jì)算機(jī)可以讀取的二進(jìn)制信息。就像現(xiàn)代的RAM一樣，威廉姆斯電子管是非易失性的，因?yàn)檫@些模式會(huì)隨著時(shí)間的推移而褪色，電子束可以在每個(gè)模式點(diǎn)重疊讀寫。然而，威廉姆斯管的主要缺陷在于電子束偏轉(zhuǎn)過程，它對附近的電場高度敏感。如果陰極射線管周圍存在電荷不平衡，則寫入操作將受到嚴(yán)重影響。真空管存儲(chǔ)器首先在曼徹斯特“寶貝”計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)在1948年6月成功運(yùn)行程序。
磁芯存儲(chǔ)器
在20世紀(jì)50年代到70年代，磁芯存儲(chǔ)器被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的商業(yè)RAM，基本上取代了隨機(jī)存取目的的鼓存儲(chǔ)器的使用。硬件由許多磁環(huán)(或磁芯)組成，由于磁滯現(xiàn)象，這些磁環(huán)可以存儲(chǔ)信息。簡單地說，這些環(huán)可以通過改變磁化方向來記憶信息。我們可以通過向穿過環(huán)的許多電線傳導(dǎo)電流來改變這些磁鐵（或輸入信息）的極化。在讀取操作方面，有專門的傳感線檢測每個(gè)磁芯的電荷狀態(tài)，提取相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。磁芯存儲(chǔ)器能夠在計(jì)算機(jī)關(guān)閉時(shí)保留信息，因?yàn)榇怒h(huán)可以保持它們的極化。
靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）
1964年隨著金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS存儲(chǔ)器）的發(fā)明，發(fā)現(xiàn)MOS存儲(chǔ)器的性能明顯優(yōu)于磁芯存儲(chǔ)器，同時(shí)功耗更低，生產(chǎn)成本更低。然而，最重要的是，MOS存儲(chǔ)器能夠縮小成小芯片，可以很容易地安裝在計(jì)算機(jī)中。因此，MOS存儲(chǔ)器很快占領(lǐng)了市場。隨著MOS的發(fā)展，Robert H. Horman在1963年發(fā)明了第一個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)。一年后，約翰·施密特又發(fā)明了MOS SRAM。至1965年，IBM在發(fā)布SP95存儲(chǔ)芯片時(shí)將SRAM商業(yè)化。
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）
創(chuàng)建DRAM的想法最初出現(xiàn)在1966年，為了減少晶體管的數(shù)量并提高芯片上存儲(chǔ)單元的數(shù)量，供職于IBM 的美國電氣工程師羅伯特·登納德嘗試了不同的方法。他使用電容器儲(chǔ)存1個(gè)bit 的數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生了關(guān)于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的想法。電容器充電的狀態(tài)代表“1”，放電的狀態(tài)代表“0”。表面看起來這一想法十分荒謬，因?yàn)殡娙萜鲿?huì)漏電。如果你將“1”存儲(chǔ)在由電容器制成的存儲(chǔ)器中并且什么也不做，在不到十分之一秒的時(shí)間內(nèi)電容器就會(huì)因?yàn)槁╇姸浰鎯?chǔ)的“1”。但這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于它極大地減少了晶體管的數(shù)量，從而提高了芯片中存儲(chǔ)單元的數(shù)量。為了解決漏電問題，所有的電容器都會(huì)被定期地(例如幾毫秒)重新讀寫一一將代表“1”的那些漏電的電容器重新充電。這種方式被稱為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)，因?yàn)樗獎(jiǎng)討B(tài)地進(jìn)行刷新以保證已充電的電容器處于充電狀態(tài)。DRAM首次出現(xiàn)于1970年，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元比靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元小得多，從而降低了存儲(chǔ)器的費(fèi)用。1973年，Mostek公司推出了MK4096 4000位芯片，DRAM技術(shù)得到了升級。由Robert Proebsting設(shè)計(jì)的新型DRAM通過利用有效的多路尋址方案取得了重大突破。從本質(zhì)上講，這種新設(shè)計(jì)使用單個(gè)地址引腳依次訪問存儲(chǔ)器的行和列。在以前的DRAM中，必須使用兩個(gè)引腳和地址行來完成此操作。最后一塊商業(yè)化生產(chǎn)的芯片是三星電子在2001年2月生產(chǎn)的，容量為4gbit，這標(biāo)志著DRAM時(shí)代的到來。如今，每臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)都在使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SDRAM）
但是，RAM的故事并沒有在2001年結(jié)束。近些年，出現(xiàn)了一種新的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SDRAM（Synchronous DRAM），即同步動(dòng)態(tài)內(nèi)存。其為雙存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)，內(nèi)含兩個(gè)交錯(cuò)的存儲(chǔ)陣列，當(dāng)CPU從一個(gè)存儲(chǔ)陣列訪問數(shù)據(jù)的同時(shí)，另一個(gè)陣列已準(zhǔn)備好讀寫數(shù)據(jù)。通過兩個(gè)存儲(chǔ)陣列的緊密切換，讀取數(shù)據(jù)效率得到明顯提升。
三星電子是SDRAM芯片 KM48L2000 的第一家制造商，這種芯片的容量只有16 Mbit。1998年6月，三星開始試驗(yàn)DDR (Double 數(shù)據(jù) Rate)技術(shù)。DDR本質(zhì)上允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仁瞧胀⊿DRAM的兩倍，因?yàn)樗軌蛟诿總€(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)送或接收兩次信號(hào)。3年后，DDR2被創(chuàng)建，它的速度是DDR1的兩倍，因?yàn)樗總€(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行4次訪問。然而，在這一點(diǎn)上，大多數(shù)大型RAM制造商，如索尼和東芝，并沒有加入DDR的炒作行列，而是把更多的精力放在生產(chǎn)嵌入式DRAM上。DDR3最終在2003年由三星電子開發(fā)出來。同樣，DDR3將讀寫速率提高了一倍，達(dá)到每個(gè)周期8次訪問。盡管速度有所提高，但它的進(jìn)展仍然受到延遲的嚴(yán)重阻礙。與之前的DDR迭代不同，DDR3得到了制造商和普通用戶的廣泛采用。從2008年中期開始，三星開始商業(yè)化DDR3芯片，最初的容量為8192mbit。這種芯片大受歡迎，當(dāng)時(shí)許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開始選擇使用DDR技術(shù)。因此，三星繼續(xù)升級DDR3的容量和時(shí)鐘速率，以解決上述延遲問題。
2011年初，海力士率先推出了容量為2048臺(tái)的DDR4原型機(jī)。新的雙倍數(shù)據(jù)速率技術(shù)意味著更低的功耗和更快的數(shù)據(jù)傳輸。三星最終在2013年實(shí)現(xiàn)了DDR4的商用化。2018 年 11 月SK 海力士成功開發(fā)全球首款 16Gb DDR5 DRAM ，向英特爾等核心客戶提供樣品，并完成了一系列測試與性能、兼容性驗(yàn)證等程序。DDR5成為新一代 DRAM 標(biāo)準(zhǔn)，作為超高速、高容量產(chǎn)品，尤其適用于大數(shù)據(jù)、人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。目前，三星（Samsung）、美光（Micron）和海力士（SK Hynix）三家主要廠商已經(jīng)發(fā)布了D1z（13~15nm）和D1a（11~13nm）技術(shù)，并應(yīng)用于DDR4、DDR5和LPDDR5產(chǎn)品中。在 D1z中，三星采用了EUV光刻技術(shù)，而美光和海力士引入了基于ArF-i的雙圖案技術(shù)（DPT）工藝。預(yù)計(jì)到2030年，這些廠家將推出1δ、0α和0β等制程更小的DRAM。
電化學(xué)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ECRAM）
2025年3月，韓國浦項(xiàng)理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于下一代人工智能（AI）存儲(chǔ)設(shè)備的突破性研究，揭示了電化學(xué)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ECRAM）的工作機(jī)制。該技術(shù)有望顯著提升智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等設(shè)備的AI性能，并延長其電池使用壽命。
特點(diǎn)
隨機(jī)存儲(chǔ)器主要用來存放短時(shí)間使用的程序或數(shù)據(jù)，這 是因?yàn)殡S機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)決定了這種存儲(chǔ)器在斷電時(shí)將 丟失其存儲(chǔ)的內(nèi)容。這也決定了其主要特點(diǎn)有：
1、隨機(jī)存取：所謂“隨機(jī)存取”，指的是讀取或?qū)懭氪鎯?chǔ)器中的數(shù)據(jù)時(shí)，需要的時(shí)間與這段信息在存儲(chǔ)器中的位置無關(guān)；
2、易失性：當(dāng)電源切斷時(shí)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中將不能保存 原來的數(shù)據(jù)，原來的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，只有將它們寫入一個(gè)長期的存儲(chǔ)設(shè)備如HDD中，才能長期保存；
3、高訪問：現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的讀寫速度幾乎是所有訪問設(shè)備中最快的，和其它涉及機(jī)械運(yùn)作的存儲(chǔ)設(shè)備的取存延遲相比，所需要的時(shí)間也很少；
4、需要刷新：新現(xiàn)代的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器主要依賴電容器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。由于電容器存在漏電的情形，若不處理，電容器的狀態(tài)會(huì)隨時(shí)間流逝而發(fā)生改變，即電容器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也發(fā)生改變。刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài)，然后根據(jù)初始值重新給電容器賦值，從而彌補(bǔ)流失了的電荷，保證電容器狀態(tài)不發(fā)生改變。電容器需要刷新這正好解釋了隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的易失性這一特點(diǎn)；
5、對靜電敏感：和其它精細(xì)的集成電路一樣，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器對環(huán)境中存在的靜電荷十分敏感。
與ROM區(qū)別
PC 的內(nèi)存儲(chǔ)器通常由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成，可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）兩大類。RAM 可用來存放各種輸入輸出數(shù)據(jù)，中間計(jì)算結(jié)果以及程序與指令等，其內(nèi)容既可讀出，也可寫入。而ROM是一種在工作過程中只能讀出不能寫入的非易失性存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)的信息可長期保存，掉電也不會(huì)丟失。 ROM 的信息在使用時(shí)是不能改變的，它只能讀出，故一般用于存放固定的程序、常數(shù)等。
本文以手機(jī)中的RAM和ROM為例，探索兩者區(qū)別。RAM通常被大多數(shù)消費(fèi)者們理解為內(nèi)存。例如，當(dāng)前的手機(jī)配置中，存儲(chǔ)組合一般會(huì)有2GB+16GB、3GB+32GB、4G B+64GB等等，這些 2GB、3GB、4GB就是指RAM的容量，也就是我們常說的內(nèi)存容量。ROM 在手機(jī)市場上，更多的則被認(rèn)為是手機(jī)的存儲(chǔ)容量。過去手機(jī)ROM一般都是4GB、8GB、16GB等等，而現(xiàn)在的手機(jī)ROM多數(shù)已經(jīng)是從32GB起步了。一般來說，手機(jī)ROM通常由兩大部分組成：一部分為系統(tǒng)占用，用戶的可操作性?。涣硪徊糠譃橛脩艨勺杂芍涞拇鎯?chǔ)空間，相當(dāng)于電腦硬盤。這就有了手機(jī)ROM的容量劃分，配置參數(shù)上顯示的為標(biāo)稱容量，用戶可操作的為可用容量，兩者差值，即是系統(tǒng)占用的部分。
分類
按制造工藝劃分
雙極型 RAM：雙極型 RAM 是以晶體管的觸發(fā)器（Flip-Flop）作為基本存儲(chǔ)電路的，這種電路使用的管子較多。雙極型RAM的存取速度很高，但是它的集成度不高，消耗功率較大，成本費(fèi)用也高。
MOS型 RAM：所謂 MOS 型 RAM ，就是用 MOS 器件構(gòu)成的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。MOS 器件是指以金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)晶體管為基本元件的大規(guī)模集成電路構(gòu)成的器件。這種器件的制造工藝比雙極型器件簡單，可以獲得很高的集成度。它消耗的功率較小，但存取信息的速度要比雙極型器件的存取速度慢?，F(xiàn)在 PC 使用的都是 MOS 型 RAM。
按工作原理劃分
靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（sram）：SRAM 是靠雙穩(wěn)態(tài)電路來存 儲(chǔ)信息的。 在加電后的使用期間，存儲(chǔ)的信息不隨時(shí)間的變化而改變(除非進(jìn)行改寫)，所以稱為"靜態(tài)"。當(dāng)系統(tǒng)所需內(nèi)存容量較小時(shí)，常采用 SRAM，如單板機(jī)，帶微處理器或單片機(jī)的儀器、儀表及家用電器等。
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）：DRAM 是靠 MOS管柵極電容上的電荷來保存信息的。 任何電容都會(huì)漏電，所以超過一定時(shí)間(一般為1~2ms)后信息就會(huì)丟失，因此稱為"動(dòng)態(tài)"。 為了使存儲(chǔ)的信息不致丟失，每隔一定時(shí)間要按原來存儲(chǔ)的內(nèi)容重新寫入，稱為"再生"或"刷新"。 與 sram 相比，DRAM 具有集成度高、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但 DRAM 需要定期刷新，因而它與 CPU 的連接比 SRAM 復(fù)雜。 DRAM 廣泛應(yīng)用于內(nèi)存容量較大的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如personal computer系統(tǒng)中的內(nèi)存條。
按存儲(chǔ)單元的材料劃分
FRAM（鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）：是一種使用鐵電膜來保存數(shù)據(jù)的非易失性鐵電存儲(chǔ)器；
MRAM（磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）：這種存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元使用磁性材料；
PRAM（相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）：這種存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元使用熱敏材料；
ReRAM（電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）：這種存儲(chǔ)器使用阻值會(huì)隨施加電壓而變化的材料制造存儲(chǔ)單元。
應(yīng)用領(lǐng)域
物聯(lián)網(wǎng)
近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，開始考慮將智能技術(shù)融入到邊緣設(shè)備中。首先是安防監(jiān)控，監(jiān)控領(lǐng)域有很多攝像頭等邊緣設(shè)備，它們的智能化程度越來越高，這也導(dǎo)致對存儲(chǔ)產(chǎn)品需求的大幅上升。且監(jiān)控智能化程度也越來越高，現(xiàn)在更多的IP監(jiān)控?cái)z像頭擁有更多的內(nèi)嵌功能，例如圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，這些功能在攝像頭邊緣設(shè)備上就可以完成，并不需要像過去 一樣，需要大量的NVR（一木禾網(wǎng)盤錄像機(jī)）設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)。信息在邊緣設(shè)備上進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的功能越來越強(qiáng)，對云端的依賴有所減緩，這樣一方面使得決策速度更快，另外上傳信息可進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置。這些計(jì)算包括智能化需求，都推動(dòng)了存儲(chǔ)產(chǎn)品的發(fā)展。DRAM的大容量和低功耗特性，使得它成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想內(nèi)存解決方案。
計(jì)算機(jī)
每臺(tái)計(jì)算機(jī)都需要隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (Random Access Memory，RAM)。計(jì)算機(jī)的中央處理器(Central Processing Unit，CPU)需要一片區(qū)域來儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)，以便其能夠以CPU相同的速度來快速讀取。CPU執(zhí)行的每個(gè)指令都要從RAM中獲取，CPU也會(huì)在RAM中讀寫數(shù)據(jù)。
醫(yī)療領(lǐng)域
FRAM 目前在醫(yī)療領(lǐng)域備受關(guān)注， 贏得了更廣泛的應(yīng)用和用戶的青睞。FRAM具有很多無可匹敵的優(yōu)點(diǎn)，包括快速寫入、接近無限次讀 / 寫耐久性、低功耗和耐輻射性，能夠?yàn)獒t(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)增添新的實(shí)用價(jià)值。例如FRAM 早已經(jīng)被用于 CT 掃描機(jī)中，CT 掃描機(jī)里面的攝像頭和 X 射線發(fā)生器的性能會(huì)隨反復(fù)使用而惡化，這些元器件必須定期更換。在這些地方，F(xiàn)RAM 被用作控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器設(shè)備， 用來記錄設(shè)備工作了多少小時(shí)和受到輻射的數(shù)量。而且早在數(shù)年前就有好幾家設(shè)備制造商開始采用 FRAM。不同的制造商在設(shè)備內(nèi)部使用 FRAM 的目的是不一樣的，目的之一是控制系統(tǒng)以確定什么時(shí)候需要對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。
智能電表
在很多國家，F(xiàn)RAM 早已經(jīng)廣泛用在智能電表當(dāng)中。使用智能電表，需要監(jiān)控電池的工作過程，以便確保在發(fā)生斷電或在沒有電源的地方出現(xiàn)無法預(yù)料的情況下使電表一直處在工作狀態(tài)，這就是為什么要求電表的耗電量很小的原因。FRAM 的功耗非常低，而且在供電中斷的情況下也能保存數(shù)據(jù)，在減小電表功耗方面非常有用。而且 FRAM 的低功耗有助于延長電池的使用壽命。同時(shí) FRAM 還具有更好的數(shù)據(jù)安全性，智能電表存儲(chǔ)器保存了家庭用電量的數(shù)據(jù)。保證私人信息的安全，要求電表具有更高的數(shù)據(jù)安全性。FRAM 具有防篡改功能，使電表的數(shù)據(jù)安全性比使用傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)強(qiáng)得多。
汽車電子
伴隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，以及消費(fèi)者對于娛樂性需求的提升，車載信息娛樂系統(tǒng)呈現(xiàn)出向大屏化、多屏融合、多功能集成以及更友好的人機(jī)交互體驗(yàn)等趨勢發(fā)展，對車載中央處理器和存儲(chǔ)容量的要求也在提升。DRAM在汽車上的應(yīng)用主要包括車載信息娛樂系統(tǒng)和ADAS。且自動(dòng)駕駛對存儲(chǔ)需求也進(jìn)行了重新定義，根據(jù)不同自動(dòng)駕駛級別，L1駕駛輔助，L2是部分自動(dòng)化，L3有條件的自動(dòng)化到L5是全自動(dòng)化。 不同的自動(dòng)駕駛級別需要不同的DRAM內(nèi)存。從 L1/2每輛車所需的8GB到L3所需的16GB，到L5級別需要接近74GB。同樣地，到2025年L5級自動(dòng)駕駛對于NAND的需求將達(dá)到每輛車1TB。
結(jié)構(gòu)原理
隨機(jī)存儲(chǔ)器主要是指其存儲(chǔ)單元里的存儲(chǔ)的東西可以按其需要任意取出或存入并且存取的速度與存儲(chǔ)單元的位置無關(guān)的存儲(chǔ)器。其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
存儲(chǔ)矩陣
存儲(chǔ)矩陣是由許多存儲(chǔ)單元組成的陣列。每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放1位二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器中所存數(shù)據(jù)通常以字為單位，1個(gè)字含有若干個(gè)存儲(chǔ)單元，即含有若干位，其位數(shù)也稱為字長。存儲(chǔ)器的容量通常以字?jǐn)?shù)和字長的乘積表示，如1024×4存儲(chǔ)器表示有1024個(gè)字，每個(gè)字4位，共有4096個(gè)存儲(chǔ)單元（容量）。
地址譯碼器
地址譯碼器是將外部給出的地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，找到對應(yīng)的存儲(chǔ)單元。通常根據(jù)存儲(chǔ)單元所排列的矩陣形式，將地址譯碼器分成行譯碼器和列譯碼器。行地址譯碼器將輸入地址碼的若干位譯成對應(yīng)字線上的有效信號(hào)，在存儲(chǔ)矩陣中選中一行存儲(chǔ)單元；列地址譯碼器將輸入地址碼的其余幾位譯成對應(yīng)輸出線上的有效信號(hào)，從字線選中的存儲(chǔ)單元中再選1位或n位，使這些被選中的單元電路和讀/寫控制電路接通，再由讀/寫控制電路決定對這些單元進(jìn)行讀/寫操作。
輸入/輸出控制
輸入/輸出控制也稱讀/寫控制，是數(shù)據(jù)讀取和寫入的指令控制，它和輸入/輸出緩沖器完成數(shù)據(jù)的讀/寫操作。讀/寫控制電路的讀/寫控制信號(hào) R/W=1 時(shí)，執(zhí)行讀出操作，將被選中的存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù)送到輸入/輸出（I/O）端上。當(dāng) R/W=0 時(shí)， 執(zhí)行寫入操作，將 I/O 端上的數(shù)據(jù)寫入被選中的存儲(chǔ)單元中。CS為片選信號(hào)端，當(dāng)CS=0 時(shí)，選中本片電路正常工作；當(dāng)CS=1 時(shí)，電路 I/O 端呈高阻態(tài)，不能進(jìn)行讀/寫操作。
相關(guān)技術(shù)
任何存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)容量都是有限的，要構(gòu)成一定容量的內(nèi)存，往往單個(gè)芯片不能滿足字長或存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)的要求，甚至字長、存儲(chǔ)單元數(shù)都不能滿足要求。這時(shí)，就需要用多個(gè)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行組合，以滿足對存儲(chǔ)容量的需求。存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展分為字?jǐn)U展、位擴(kuò)展和字位擴(kuò)展。字?jǐn)U展：字?jǐn)U展是將每個(gè)芯片的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和讀寫信號(hào)等控制信號(hào)線按信號(hào)名稱全部并連在一起，只將選片端分別引出到地址譯碼器的不同輸出端，即用片選信號(hào)來區(qū)別各個(gè)芯片的地址。位擴(kuò)展：將每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址線和控制線（包括選片信號(hào)線、讀/寫信號(hào)線等）全部并連在一起，而將他們的數(shù)據(jù)線分別引出連接至數(shù)據(jù)總線的不同位上。字位擴(kuò)展：先進(jìn)行位擴(kuò)展，再字?jǐn)U展即可。
性能指標(biāo)
性能指標(biāo)是選用存儲(chǔ)器的依據(jù)，也最能反映存儲(chǔ)器的發(fā)展進(jìn)程。存儲(chǔ)器有多項(xiàng)性能指標(biāo)如存儲(chǔ)容量、存取速度、功耗、可靠性和性能價(jià)格比等，存儲(chǔ)容量和存取速度直接影響到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，因此是用戶最關(guān)心的指標(biāo)。
存儲(chǔ)容量：是指存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)二進(jìn)制的信息量，單位為位或比特（bit）。存儲(chǔ)器中的一個(gè)基本存儲(chǔ)單元能存儲(chǔ)1 bit 的信息，也就是可以存入一個(gè)0或一個(gè)1，存儲(chǔ)容量就是該存儲(chǔ)器基本存儲(chǔ)單元的總數(shù)。
存取速度：存儲(chǔ)器的存取時(shí)間定義為存儲(chǔ)器從接收存儲(chǔ)單元地址碼開始，到取出或存入信息為止所需的時(shí)間，其上限值稱為最大存取時(shí)間。存取時(shí)間的長短反映了存取速度的快慢。存取時(shí)間越短，則存取速度越快。
功耗：存儲(chǔ)器功耗包括有效（Active）功耗和待機(jī)（Standby）功耗，前者是使用時(shí)的功耗，需重點(diǎn)考慮。工作電壓也能反映功耗，例如 DRAM 的工作電壓越來越低，分別為 DDR：2.5V、DDR2：1.8/1.55V、DDR3：15/1.35/1.25V。應(yīng)選擇低功耗芯片，也可使用專門的散熱裝置來保證存儲(chǔ)器的性能。
可靠性：存儲(chǔ)器的可靠性體現(xiàn)在對溫度變化、電磁干擾等的抗干擾能力上，使用壽命也很重要用平均故障間隔時(shí)間（Mean Time Between Failures,MTBF）（小時(shí)）來衡量，MTBF越長則可靠性越高，當(dāng)前HDD的 MTBF 可達(dá) 100 萬小時(shí)。
延遲：是指從輸入命令到數(shù)據(jù)可用之間的時(shí)間延遲。當(dāng)內(nèi)存控制器告訴內(nèi)存訪問特定位置時(shí)，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過列地址頻閃（CAS）中的多個(gè)時(shí)鐘周期才能到達(dá)所需位置并完成命令。在內(nèi)存技術(shù)的歷史中，隨著速度的提高（這意味著時(shí)鐘周期時(shí)間的減少），CAS延遲值也增加了，但是由于時(shí)鐘周期更快，以納秒為單位測量的真正延遲大致保持不變。通過優(yōu)化處理器的最大速度和預(yù)算范圍內(nèi)可用的最低延遲內(nèi)存之間的平衡，可以使用更新、更快、更高效的內(nèi)存實(shí)現(xiàn)更高級別的性能。
性價(jià)比：外存要求容量極大，內(nèi)存的容量和速度都很重要，而高速緩存則要求速度非?？?，容量不一定大。因此要在滿足上述要求的前提下，選擇性價(jià)比較高的芯片。
參考資料 >
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The History of Random Access Memory: From Drums to DDR5.HYBRID.CO.ID.2023-11-14
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Unveiling ECRAM switching mechanisms using variable temperature Hall measurements for accelerated AI computation.nature.2025-04-29
The Difference Between RAM Speed and CAS Latency.crucial.2023-11-17