一文看懂記憶體分類：DRAM：DDR、LPDDR、HBM丨NAND：eMMC、UFS、eMCP、uMCP詳細介紹

2025/10/26

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半導體儲存：積體電路第二大市場

在5G、AI、AIOT等新興戰略產業的快速發展帶動下，資訊資料呈現爆發式增長，資料規模從原來的GB、TB、PB 上升到EB、ZB 級，儲存器作為資訊資料的儲存媒介，其重要性不言而喻，半導體儲存作為當前主流儲存技術，在經歷了半個世紀的發展後，構成了以DRAM 和DRAM 。
1966年IBM 發明的DRAM 標誌著半導體儲存時代的開啟，在產業發展的早期，市場主要以DRAM 產品為主，當時單顆晶片容量僅為1Kb，現在已擴容至32Gb 以上，DRAM 儲存技術已發展超過半個世紀，技術創新主要以製程推進為主。
1980年代初入市場的NAND Flash 只有4Mb容量，發展至今單晶片可達2Tb，Flash 儲存技術已發展40 餘年由2D NAND 向3D NAND 技術路徑演進。

儲存媒介發展歷程

半導體儲存也稱為儲存晶片，根據資料儲存原理的不同，半導體記憶體可以分為隨機記憶體（RAM）和唯讀記憶體（ROM）。

RAM是與CPU 直接交換資料的內部記憶體，可隨時進行資料讀寫且速度較快，斷電後保存資料會遺失，是易失性記憶體，通常用作作業系統或其他運作中程式的暫存資料儲存媒體；

ROM是一種只能讀取事先所存資料的記憶體，斷電後也能保存資料，是非揮發性記憶體，常用於儲存各種固定程式和資料。

RAM 可進一步細分為靜態隨機記憶體（SRAM）和動態隨機記憶體（DRAM）。相較於DRAM，SRAM 讀寫速度非常快，但價格較高，通常用作電腦中的高速緩衝儲存器，即CPU、GPU 中內部L1/L2 快取或外部L2 快取記憶體，容量只有幾十Kb至幾十Mb。DRAM 常用於電腦中的主記憶體，由於結構簡單成本相對較低，作為系統記憶體具有很高的性價比優勢。

ROM依內容寫入方式可分為PROM、EPROM、OTPROM、EEPROM 和Flash等。Flash 又稱為快閃記憶體，是現階段主流記憶體，擁有可擦除可程式化的特點，在斷電的環境下也能保證資料的保存完整性，成本低且密度大，廣泛應用於嵌入式系統。Flash 又可進一步劃分為NAND Flash 和NOR Flash，NAND Flash 是市場主流Flash儲存產品，寫入和擦除的速度快，儲存容量大，是高資料儲存密度的理想解決方案；相較於NAND Flash，NOR Flash 可以直接在Flash 快閃記憶體內運行應用程式，容量較小，讀取速度功能，主要應用於汽車、手機、快閃記憶體裝置等小容量程式碼儲存。

DRAM篇

依產品分類DRAM 可細分為DDR、LPDDR、GDDR、HBM 等

DDR（Double Data Rate SDRAM，雙倍速率同步動態隨機記憶體）主要應用於PC和伺服器上，目前已發展至第五代，每一代的升級主要體現在工作電壓越來越低、晶片容量越來越大、傳輸速率也越來越快。DDR5 於2020 年上市，相較於DDR4，DDR5 傳輸速度提升約2 倍，同時耗電量降低約20%，當前價格較高成為限制DDR5 發展的主要因素，隨著產品單價和產能逐步達到市場要求，加上各大廠商的積極推動，DDR5 滲透率將進一步提升。

LPDDR（Low Power DDR，低功耗雙通道同步動態隨機存取記憶體）以低功耗和小體積著稱，簡稱「低功耗記憶體」主要應用於行動電子產品。為了滿足智慧型手機等行動電子產品在功耗和體積方面的需求，在DDR 的基礎上誕生LPDDR，當前LPDDR發展到LPDDR5X，相較上一代標準，LPDDR5X性能提升同樣非常顯著，擁有更快的速率、更高的頻寬和更低的延遲。

GDDR（Graphics DDR，繪圖用雙頻道同步動態隨機存取記憶體）專為高端顯示應用程式所打造，具備高頻寬、高延時特點，主要適配於類似顯示影像這種需要大數據傳輸而對時延不敏感的場合，當前GDDR 已發展至GDDR7

DRAM Technology Roadmap

十奈米級DRAM:第一代1x(18~19nm)、第二代1y(17~18nm)、第三代1z(16~17nm)、第四代1α或1a(14~15nm)、第五代1β或1b(12~13nm)、第六代1γ或1bnm(δ或1d(10~11nm)、第八代1ε(10nm)

第四代1a和第五代1b工藝美光反超:三星在1x、1y和1z過程技術領先，並在1a採用EUV,但美光延續採用DUV機台，反而搶先量產1a和1b製程.

1c過程競爭激烈:美光已送樣1γ DDR5只用一層EUV加速量產並降低成本·SK海力士1c過程2025上半年量產·應用於DDR5、LPDDR6、GDDR7等。三星的1c過程可能2025年下半年量產.

1d過程:2027年左右將量產第七代1d製程、2028年後將量產第八代1ε工程.

HBM（High Bandwidth Memory，高寬頻記憶體）是3D DRAM 的主要代表產品，採用矽通孔（TSV）技術將多個DRAM晶片進行堆疊，並與GPU 一同進行封裝，形成大容量、高位寬的DDR 組合陣列，從而克服單一個裝內的頻寬限制。

HBM Technology Roadmap

SK海力士(市佔4~5成):2025年3月提供主要客戶12層HBM4樣品，正與台積電就16層HBM4進行密切合作

三星(市佔4成):打算用1c製程DRAM於HBM4之中，也與台合作。

美光(市佔1成~2成):HBM4於2026年量產·HBM4E在2027~2028年亮相，採用台積先進的邏輯代工製程技術。

HBM的邏輯控制晶片(Base Die)朝向先進製程發展·HBM4已經從12nm推進到4/5nm·未來HBM5可能採用3nm甚至更先進的製程，以提升資料吞吐量和降低功耗，推動向外部品圓代工模式轉移，例如跟台積合作。

HBM堆疊層數8/12層為主流往16/20層邁進，由於封裝厚度受限於775微米(um)，因此混合鍵結(HybridBonding)成為一項重要技術。

HBM價格比一般DRAM高數倍(如16 GB HBM3單價約200美元、24 GB HBM3e單價約400美元)，2024年全球HBM市場規模近200億美元，佔DRAM整市場約二成，預估2025年佔約四成。

NAND Flash篇

NAND Flash 屬於非揮發性儲存設備，基於浮柵電晶體設計，即使斷電儲存的資料也不會遺失，NAND Flash 作為當前低成本和大密度資料儲存的主要儲存解決方案，廣泛應用於智慧型手機、伺服器、PC 等電子終端市場.

在早期，NAND Flash主要以2D 平面形式存在，其擴展容量的原理主要透過在一個平面上將多個存儲單元進行拼接，存儲單元的數量越多，存儲容量就越大，隨著存儲晶片廠商將2D NAND 的單元尺寸從120nm微縮至14nm 時，2D 結構在容量擴展方面的侷限性開始顯現，其微縮可靠性會隨著微縮可靠性下降。

為了克服2D NAND 技術的自身缺陷，2007 年東芝（現在的鎧俠）提出了3D NAND 結構的技術理念，3D NAND 主要透過在垂直堆疊中將多組儲存單元進行相互層疊，以實現儲存容量增加的目的，堆疊層數越高則意味著容量就越高。目前3D NAND 為NAND 技術的主流發展趨勢。

依儲存方式的不同，NAND Flash 又可分為SLC、MLC、TLC 和QLC

依儲存方式的不同，NAND Flash 又可分為SLC、MLC、TLC 和QLC，對應儲存單元分別可存放1、2、3 和4bit 的數據，儲存密度越大，其壽命越短且速度越慢，但容量越大成本越低。以SLC 和QLC 為例，SLC 相對於其他類型NAND 快閃顆粒單位容量成本更高，但其資料保存時間更長、讀取速度更快，反之，QLC 擁有較高的儲存密度且更低的成本，但是其壽命短、讀取速度慢，目前NAND Flash 主要以TLC 為主。