从晶体管的出现开始，到大数据时代的今天，半导体产业发展日益繁荣，存储器己经被广泛应用于电子、互联网、国防、航天等领域，其重要性更加突出。FLASH(闪存)、DRAM 和SRAM是当代主流的存储技术。静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)，其优势在于存储速度快，约3~10ns，但是存储容量小，约100Mb，并且具有易失性；作为动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)，其器件密度很高，但是存储速度约10~30ns和存储容量一般约10~100Gb，待机功耗大，并且也具有易失性；闪存的存储速度一般约在ms量级，优点是存储容量大，约100~100Gb)，具有非易失性。
1.非易失性存储器
非易失性存储器主要包括ROM，EPROM，EEPROM和闪存存储器，另外还有新型的非易失性存储器，例如：RRAM、MRAM、PCM等。非易失性存储器的共性是系统断电后，器件内存储的信息能够保留。ROM 和EPROM曾是非易失性存储器市场的中流砥柱，现在被通用性更强的闪存存储器替代。闪存存储器因为其存储容量大、成本低、存储速度可观等优点，已经成为半导体存储器产业的发展重心。闪存存储器的应用可分为两大市场：一种是用于代码存储的市场，由于其需要快速的随机存取速度，NOR型闪存存储单元最适合这个市场；另一种是用于文件存储的市场，NAND型闪存存储单元更适用于文件存储市场。
2.NAND闪存存储器概述
2.1 2D NAND闪存存储器
2D NAND闪存存储器按照单元结构的不同又分为两种：一种是传统的浮栅型存储器；一种是电荷俘获型存储器。
2.1.1浮栅型NAND闪存存储器
浮栅型NAND闪存存储器首次被提出是在1967年，其单元结构示意图如下图，与场效应管的结构类似，但NAND浮栅存储器是双栅结构，在控制栅和衬底之间加了一层多晶硅浮置栅极，用来存储电荷。其中，控制栅极是一层多晶硅材料，浮栅的材料也大多为多晶硅材料，它由电荷隧穿层和电荷阻挡层与衬底和控制栅隔离，电荷阻挡层是一层氧化物或一层ONO(二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)结构，电荷隧穿层也是一层氧化物。浮栅型NAND闪存存储器就是通过外加电场时，向中间层的浮栅注入或不注入电子来实现信息存储功能的，即使在不加外电场的情况下，长时间放置器件，电荷也会保留在浮栅中，不会发生明显流失，所以该结构具有非易失性。
2.1.2电荷俘获型NAND闪存存储器
以SONOS结构为代表的电荷俘获型存储器也能实现信息的存储，其单元结构示意图如下图。从图中可以看出电荷俘获型存储器的单元结构同浮栅型存储器的单元结构类似，其中，栅极材料是多晶硅材料，电荷阻挡层是一层氧化物，电荷俘获层是氮化硅材料，电荷隧穿层是一层氧化物或一层ONO(二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)结构。与浮栅型存储器不同，该结构是利用电荷俘获层材料本身的深能级缺陷来俘获电子实现信息存储功能的。
2.2 3D NAND闪存存储器
3D堆叠思路是闪存存储器技术发展过程中一次颠覆传统的创新，也是现代闪存工艺技术的一次重大突破。在初期阶段，市场上有很多3D NAND闪存工艺技术，发展到如今，最常见也最成熟的3D NAND闪存工艺大致分为两类：一类是东芝公司(Toshiba)提出的 BiCS结构，另外一类是三星公司(SAMSUNG)提出的TCAT结构。虽然BiCS结构与TCAT结构在沉积材料以及打孔细节上有一些不同，但两者的基本工艺步骤都分为三步：Step1、在衬底上交替沉积多层材料；Step2、在垂直方向上进行打孔；Step3、在孔内沉积沟道材料及必要的介质材料，如下图所示。3D NAND闪存制造工艺水平很大程度上能够决定存储芯片的表现性能。
随着工艺技术的不断改良，各大公司的堆叠层数以每年至少16层的速度增长。大多数厂商的成熟3D NAND闪存产品都达到了64层甚至96层，预计到下一个阶段堆叠层将达到120层以上，单个闪存芯片的容量有望突破Gb迈向Tb级别。
3.固态硬盘(SSD)
长期以来，机械硬盘(HDD)一直作为数据中心主要的存储设备存在，在企业存储市场独占鳌头。机械硬盘内部包括一至数片高速转动的磁盘，其存取速度的快慢取决于盘片的旋转速度，但是旋转速度的提高会带来发热、 磨损等诸多问题，在现有机械技术上想要大幅提高机械硬盘的转速已经十分困难，因此机械硬盘读写速度的提升必然面临天花板，很难再获得较大的飞跃。与HDD硬盘相比，闪存具有传输速率高、延迟低、能耗低、噪声低、抗震等优良特性。固态硬盘(SSD)是目前闪存存储的最主要形式， 主要由两大模块组成：主控和闪存颗粒。当下主流的闪存颗粒主要是NAND FLASH，它具有高密度、成本低的优势。SSD的容量主要就取决于闪存颗粒，而闪存颗粒是由晶体管组成的，晶体管越小，闪存的密度就越高，相对应的SSD的容量就越大。可以从多个维度对SSD进行分类，如下表所示：
(一)从SSD的接口类型进行区分，目前市场上的企业级SSD主要包括SATA/SAS SSD、 PCIe SSD等类型。在实际使用中，SATA SSD的数据交换速率在500Mbit/s到600Mbit/s之间，对比之下PCIe SSD具有更高的性能。在PCIe SSD中，传输速率可以在1.5Gbit/s到3Gbit/s的范围内。
(二)从SSD的协议类型进行区分，SSD主要有AHCI协议和NVMe协议两种传输协议，采用NVMe协议的SSD，其读写速度要远远高于采用AHCI协议的SSD的读写速度。
(三)从生产工艺区分，SSD包括2D NAND SSD和3D NAND SSD。目前，最先进的2D闪存颗粒工艺是20nm，再往更小体积的晶体管发展，过小的晶体管体积和过多的晶体管数量，会降低闪存的稳定性与可靠性，不利于闪存技术的长远发展。因此，全球各大主流闪存厂商纷纷发力3D晶体管研发，为闪存颗粒技术带来了重大突破，彻底解决了因制程极限而无法提高闪存单位存储容量的问题，闪存成品也从2D NAND SSD升级至 3D NAND SSD，同时成本也大大降低。随着技术的不断进步，3D闪存堆叠高度从30-40层，逐步发展到目前主流的64层甚至更多，从而可以实现更高的存储密度和容量。
4.eMMC和UFS
eMMC的全称是embedded Multi Media Card，即"嵌入式多媒体存储卡"，这是一种针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。与我们常说的NAND闪存相比，eMMC闪存并不是单纯的存储芯片，它是在前者的基础额外集成主控芯片的产品，并对外提供自有标准接口，作用相当于PC上的SSD固态硬盘， 而且由于自身体积很小，因此很适合移动设备使用。
UFS的全称则是Universal Flash Storage，即"通用闪存存储"，同样是 一种内嵌式存储器的标准规格，同样是整合有主控芯片的闪存，不过其使用的是PC平台上常见的SCSI结构模型并支持对应的SCSI指令集 。 因此eMMC闪存与UFS闪存都是作为嵌入式存储器使用，从作用上来说并无明显区别。只是两者所用的标准规范不同， 因此移动设备无论是使用eMMC闪存还是UFS闪存，都必须支持相应的eMMC规范或者是UFS规范。
4.1 eMMC和UFS的主要区别
虽然说eMMC闪存和UFS闪存在外观和作用上都没明显区别，但是实际上两者的内部结构却有着本质上的差异。eMMC闪存基于并行数据传输技术打造，其内部存储单元与主控之间拥有8个数据通道，传输数据时8个通道同步工作，工作模式为半双工，也就是说每个通道都可以进行读写传输，但同一时刻只能执行读或者写的操作，与PC上已经淘汰的IDE接口硬盘很是相似。
而UFS闪存则是基于串行数据传输技术打造，其内部存储单元与主控之间虽然只有两个数据通道，但由于采用串行数据传输，其实际数据传输时速度远超基于并行技术的eMMC闪存。此外，UFS闪存支持的是全双工模式，所有数据通道均可以同时执行读写操作，在数据读写的响应速度上也要凌驾于eMMC闪存。
正因为eMMC闪存与UFS闪存在内部结构上存在着本质上的区别，这让两者的理论带宽产生了极大的差异。近年来比较常见的eMMC闪存多应用eMMC 4.x或者5.x规范，其中eMMC 4.5常见于低端设备，理论带宽为200MB/s，现在已经基本淘汰；而eMMC 5.0/5.1标准在目前来说仍算主流，理论带宽分别为400MB/s和600MB/s，从数字上看并不算低。 然而与UFS闪存相比，eMMC闪存的这点理论带宽就不够看了。UFS闪存的相关标准是在2011年2月份首次亮相，当时的UFS 1.1标准其已经可以提供相当于300MB/s的理论带宽，而eMMC闪存要到2012年的eMMC 4.5标准时才可以提供200MB/s的理论速率。只是由于当时的应用环境以及产品成本等因素的限制，USF 1.1标准未能得到大规模的推广。直到2014年UFS 2.0规范出炉后， eMMC闪存才被彻底碾压。UFS 2.0规范分为两部分，第一部分是UFS HS-G2规范， 也就是我们常说的UFS 2.0，其单通道单向的理论带宽就可以达到1.45Gbps的水平， 双通道双向的理论带宽就是5.8Gbps；而第二部分的UFS HS-G3标准，也就是我们常说的UFS 2.1，其理论带宽更是UFS 2.0的2倍。
5.新型存储器
目前，新型存储领域较为成熟的技术路线主要有相变存储器(PCM)、磁变存储器(MRAM)以及阻变存储器(RRAM)3 种。PCM通过相变材料相态的变化获得不同的电阻值，主要用于独立式存储；MRAM通过磁性材料中磁筹的方向变化改变电阻，主要用于嵌入式存储；RRAM则利用阻变材料中导电通道的产生或关闭实现电阻变化，目前主要用于物理不可克隆芯片(Physical Unclonable Function，PUF)，也被看好用于人工智能硬件。
5.1新型存储器未来的产业发展趋势
PCM将向更高层数的三维集成发展。目前，唯一 商用的PCM产品英特尔傲腾存储器第一代仅仅实现了二层三维集成，2020年发步的第二代也仅仅做到了四层堆叠。 PCM在随机读写速度和寿命方面相比于NAND Flash都有数量级上的优势，三维集成层数是制约其容量快速发展的主要瓶颈。 英特尔已经在着手研发相关三维制造技术。
MRAM将更加广泛地运用于嵌入式系统中。 目前独立式的MRAM由于容量难以进一步增长，成本较高，市场应用空间有限。未来 MRAM将主要针对嵌入式市场，逐步替代现有的嵌入式闪存技术，将成为嵌入式系统中的主流存储器。
RRAM将与神经网络计算深度结合发展全新的计算架构。 RRAM在传统存储领域优势并不明显，新的存储架构将会是RRAM的发展机会。例如，将RRAM作为神经网络中突触节点的权重存储单元，或是应用于存算一体架构，从而大幅度提升神经网络芯片的性能并降低功耗。