DRAM、SRAM、PSRAM和Flash

DRAM、SRAM和Flash都属于存储器，DRAM通常被称为内存，也有些朋友会把手机中的Flash闪存误会成内存。SRAM的存在感相对较弱，但他却是CPU性能发挥的关键。DRAM、SRAM和Flash有何区别，它们是怎样工作的？

DRAM：动态随机存取存储器

DRAM的全称是Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器。“随机存取”意味着CPU可以存取其中的的任意位置，而不像硬盘那样每次存取要以扇区为单位进行。

而“动态”是因为DRAM的工作采用电容原理，为了防止漏电引发数据错误，需要定时重复刷新。当电源中断后DRAM中的数据就会全部丢失，所以它属于“易失型”存储器。

SRAM：静态随机存取存储器

SRAM的存在感比较弱，因为多数时候它并不是像DRAM那样以内存条的形式直接展现在大家面前。CPU中集成的高速缓存就属于SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器）。在一些无DRAM缓存设计的固态硬盘（如东芝TR200）中，主控内会集成小容量的SRAM缓存。

SRAM存储单元是由6个晶体管制成的简单锁存器，无需刷新和回写就能保留数据，速度比DRAM更快。但由于集成度低，SRAM容量比DRAM小，成本比DRAM高，所以在大多数地方只能以较小的容量作为高速缓存使用。断电后SRAM中的数据也会丢失，同样属于“易失性”存储器。

PSRAM：伪静态随机存储器。

具有类SRAM的接口协议：给出地址、读、写命令，就可以实现存取，不像DRAM需要memory controller来控制内存单元定期数据刷新，因此结口简单；但它的内核是DRAM架构：1T1C一个晶体管一个电容构成存储cell，而传统SRAM需要6T即六个晶体管构成一个存储cell。由此结合，他可以实现类SRAM的接口又可实现较大的存储容量。

早期的PSRAM制造商包括Samsung、Micron等巨头，广泛用于最早期的智能手机。那时候的手机内存有192MB、384MB等现在看起来非常小的容量。但很快，就进入到LPDDR1、LPDDR2、LPDDR3到如今的LPDDR4.

然而，PSRAM如今仍然在大规模的使用，只是一般人不知道、看不见而已：在M、S、R三大2G base band芯片供应商里，都集成有32MB的PSRAM，只不过他们都是以SiP的形式出现，封在芯片里面你看不见。

物联网时代，赋予了PSRAM新的活力，尤其在语音交互领域，PSRAM以其小封装、大容量、低成本，开始显露器独特优势。在一些智能语音交互的场合，有些语音数据来自云端，PSRAM能很好的提供数据缓冲作用，解决网络数据的不稳定问题，以提供稳定、平滑的语音服务。例如：儿童对着一个玩具娃说，“我要听葫芦娃的故事”，玩具娃识别请求后，会在云端找到相关故事，以流媒体传送的方式，播放该故事。由于有PSRAM做data buffer，即使在不是很稳定的环境里，故事也会非常流畅的播放。同样，在一些网络收音机中，使用PSRAM，能够是声音播放非常平滑，提供优越的用户体验

SPI PSRAM: 8-pin SOP封装，最高速率可以达到104MHz, 具有片选CS、CLK、SI、SO 4个信号脚。
QPI PSRAM: 8-pin SOP封装，最高速率104MHz, 有额外的3个双向数据管脚，由此带宽峰值可以达到416Mbps。
OPI PSRAM: 24 脚封装，有8个串行数据线，最高时钟频率达到133MHz，最高带宽可以达到133x8 x2=2.128Gbps。这里x2是因为它可以实现DDR，以提高数据带宽。
PSRAM在一些数据缓冲应用中可以取代SRAM或者SDRAM: 高速、大容量PSRAM非常贵；而SDRAM需要很多管脚、需要设计DRAM控制器、实现数据刷新等，再尺寸、设计复杂度等上不经济。在传统的MCU中，都有SPI接口，因此，使用PSRAM没有问题。对应QPI/OPI，设计上需要一些配合。

PSRAM容量有4Mb,8Mb,16Mb,32Mb，64Mb, 128Mb等等，容量没有SDRAM那样密度高，但肯定是比SRAM的容量要高很多的，速度支持突发模式，并不是很慢，APmemory，Hynix，Fidelix,Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等厂家都有供应，价格只比相同容量的SDRAM稍贵一点点，比SRAM便宜很多。

Flash：闪存存储器

铠侠（原东芝存储）在上世纪80年代发明NAND型闪存。闪存可以在断电后持续保存数据，但是它无法随机存取，最小读写单元是Page页（早期为4KB，当前多为16KB），最小擦除单位是Block块（当前为16MB左右）。

闪存使用特殊的“浮栅层”（Floating Gate）来存储数据，氧化物层（Oxide Layer）的存在可防止浮栅层中电子流失，这是它能够在断电后继续保存数据的原因。

Flash闪存的1个存储单元存储多位数据，这是DRAM和SRAM都做不到的。根据浮栅层中电子的多少，每个存储单元可以表达1比特（SLC）、2比特（MLC）、3比特（TLC）或4比特（QLC）数据。

闪存的写入和擦除基于量子隧道效应，每个单元可以存储的数据越多，对跃迁到浮栅层的电子数量控制越严苛，写入速度也越慢，所以TLC的闪存性能优于QLC。

当前的3D闪存在结构上跟传统闪存又有所不同。3D闪存的单元排列从水平变更为立体的同时，闪存单元的结构也变为类似于圆柱形，Floating Gate浮栅也被Charge Trap电荷捕获结构代替。

新一代固态硬盘上已经用上96层堆叠技术的3D闪存，而下一代100+层堆叠的闪存也已完成研发并将很快进入量产阶段，在容量、性能和成本上取得新的进步。

总结：DRAM是内存（动态刷新，断电丢数据），SRAM，PSRAM是高速缓存（无需刷新，断电丢数据），Flash（无需刷新，断电不丢数据）通常作为硬盘。从容量上看SRAM<PSRAM<DRAM<Flash，从性能上看则正好反过来。DRAM,SRAM, PSRAM断电后数据会丢失，写入Flash闪存的数据则可以在断电后持续保留。