定义

非易失随机存取存储器

NVRAM(非易失随机存取存储器)是指即使在内存芯片电源关闭时仍能保存数据的计算机存储器。NVRAM是较大类别的非易失性内存的子集(NVM),其中包括基于NAND闪存的存储类内存。闪存芯片的读写速度比RAM芯片慢,这使得它们不太适合活动计算内存。

计算机制造商主要使用NVRAM来保存有关计算机状态的信息,以加快启动时间。这使得有关计算机部件和设备的信息可以在系统电源关闭时从一次使用存储到下一次使用。标准计算机存储器采用动态随机存取存储器(动态随机存取记忆体),这需要恒定的电力来保存数据。

NVRAM类型

有两种类型的NVRAM用于存储计算机系统状态:静态随机存取存储器(静态存储器)和电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。

SRAM是DRAM的前身,读取速度要快得多。它允许字节级的数据读取,而DRAM需要页级的读取,每次包含多个字节。然而,SRAM在不充电的情况下无法保存数据,因此,通过使用电池来保持持续的涓滴充电,它变得不易失性。SRAM的制造成本比DRAM高得多,这使它最适合于小型数据存储应用程序,如存储计算机启动数据——Windows pc上的BIOS数据和苹果电脑上的参数RAM (PRAM)数据。

NVRAM芯片
一种由达拉斯半导体公司制造的NVRAM(非易失随机存取存储器)芯片。

EEPROM是基于浮置栅极晶体管它使用高度绝缘的材料作为栅极终端或开关,使晶体管从二进制1或0位转换。除非施加足够高的电压来打开栅极,否则晶体管就会保持在它所保持的最后一种状态,而整个芯片就会保存那些二进制数字组成的数据。

浮动栅闪光单元图

SRAM和EEPROM芯片都需要比DRAM高得多的功率来运行,这增加了损耗并降低了它们的使用寿命。

NVRAM和flash

与EEPROM芯片一样,NAND闪存也是基于浮动栅晶体管,但其设计考虑到了较低的制造成本,因此其内部结构与EEPROM不同。数据存储在块中,而不是DRAM的页或SRAM的字节。这使得内部布线结构NAND闪存比其他类型的内存更简单,并允许更大的存储密度,降低每字节存储的总成本。它还使闪存比其他类型的芯片内存慢,但比硬盘驱动器(hdd)等基于磁盘的内存快。

NVRAM和闪存结合在一个产品称为非易失性双内联存储器模块(NVDIMM),它被设计用于安装在电脑主板上的双内存条(DIMM)插槽中。NVDIMM-F系列使用全闪存,形状适合内存插槽,但需要与设计用于NVDIMM-F模块的DRAM DIMM模块配对。NVDIMM-N通过在模块本身增加闪存,使标准DRAM非易失性。

NVDIMM分类

因为主板的BIOS不会将闪存识别为可用的活动计算内存,NVDIMM需要在大多数计算机上更新BIOS。

从技术上讲,这两种类型的NVDIMM都不是NVRAM,因为它根本不是RAM (NVDIMM- f),或者是带有非易失性闪存(NVDIMM- n)的易失性DRAM。

未来的NVRAM类型

有可能的非易失性替代DRAM作为计算机的主动存储器。铁电型随机存取存储器(FRAM)、磁阻型随机存取存储器(FRAM)、磁阻型随机存取存储器(FRAM)。MRAM)和相变存储器(PCM)。

弗拉姆号是目前正在开发的最古老的技术,并已从其开发商Ramtron International获得了德州仪器(Texas Instruments)和三星(Samsung)等公司的授权。FRAM的设计与DRAM类似,但它使用的不是介电层,而是一层薄铁电材料层,当施加电流时,它会改变极性。当电流关闭时,该层保留最后的极性,芯片保存数据。由于FRAM的存储密度比DRAM低得多,而且这种材料在恶劣条件下更耐用,因此FRAM通常用于特定的工业和汽车应用。

MRAM利用磁阻材料中磁态的变化而不是电介质材料中的电态来存储组成存储数据的二进制1或0位。数据的读写使用一种称为自旋传输转矩的读写技术,这使得MRAM比DRAM具有更大的存储密度。与闪存不同,MRAM不会因持续使用而降级。因为flash在低成本制造过程中遥遥领先,MRAM仍然是一项市场上很少有商业产品的技术,尤其是来自Everspin Technologies的技术。

Everspin EMD3D064M 64mb DDR3 ST-MRAM
Everspin Technologies的EMD3D064M 64mb DDR3 ST-MRAM在BGA包中。

脉码调制是基于改变材料物理状态的能力,从液体状无定形固体到晶体固体,然后再变回来,就像CD或DVD一样。在PCM中,当施加电流而不是激光时,材料的状态会发生变化。这种材料可以快速改变状态,使得PCM的读写速度甚至比NAND闪存还要快,理论上接近DRAM的速度。


了解更多关于3D XPoint架构的信息。

英特尔和美光已经联合开发了一种叫做3 d XPoint,英特尔称其不是PCM,而是基于在存储单元中某些未命名材料的状态下应用批量更改的能力。然而,许多行业观察人士认为,英特尔(Intel)以Optane品牌和美光(Micron)以QuantX品牌销售的3D XPoint是基于PCM的。

这是最近更新的2018年6月

关于NVRAM(非易失的随机访问存储器)

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