超大容量三維超分辨光存儲研究 突破性進(jìn)展 超級光盤誕生 存儲器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告

• 李波 2024年2月23日 來源：中研普華集團(tuán)、央視財經(jīng)、中研網(wǎng) 975 61
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近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所(以下簡稱“上海光機所”)與上海理工大學(xué)等科研單位合作，在超大容量三維超分辨光存儲研究中取得突破性進(jìn)展。

近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所(以下簡稱“上海光機所”)與上海理工大學(xué)等科研單位合作，在超大容量三維超分辨光存儲研究中取得突破性進(jìn)展。

研究團(tuán)隊利用國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲技術(shù)，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實現(xiàn)了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達(dá)Pb量級。

相關(guān)研究成果于2024年2月22日發(fā)表于《自然》(Nature)雜志。光存儲技術(shù)具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長達(dá)50年至100年的獨特優(yōu)勢，非常適合長期低成本存儲海量數(shù)據(jù)，然而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)商用光盤的最大容量僅在百GB量級。

在信息量日益增長的大數(shù)據(jù)時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量長久以來一直都是光存儲領(lǐng)域的不懈追求。

自20世紀(jì)80年代，上海光機所干福熹院士開創(chuàng)了我國數(shù)字光盤存儲技術(shù)的研究，上海光機所團(tuán)隊一直深耕光存儲領(lǐng)域。

依托豐富的研究基礎(chǔ)和創(chuàng)新技術(shù)方案，基于雙光束超分辨技術(shù)及聚集誘導(dǎo)發(fā)光光刻膠材料相結(jié)合，在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實現(xiàn)了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量約1.6Pb。

經(jīng)老化加速測試，光盤介質(zhì)壽命大于40年，加速重復(fù)讀取后熒光對比度仍高達(dá)20.5∶1，這是國際上首次實現(xiàn)Pb量級的超大容量光存儲。

從光學(xué)顯微技術(shù)，到當(dāng)今“卡脖子”技術(shù)的光刻機，再到光存儲技術(shù)，無一不被光學(xué)衍射極限所限制。在2021年Science發(fā)布的全世界最前沿的125個科學(xué)問題中，突破衍射極限限制更是在物理領(lǐng)域高居首位。

該超分辨光盤的成功研制在信息寫入和讀出都突破了這一物理學(xué)難題，有助于我國在存儲領(lǐng)域突破“卡脖子”障礙，將在大數(shù)據(jù)數(shù)字經(jīng)濟中發(fā)揮重大作用，以滿足信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重大需求。

存儲器產(chǎn)業(yè)2024年從價格谷底回升，業(yè)界預(yù)期，即使上半年的市場終端需求不如預(yù)期，原廠仍將力撐DRAM及NAND Flash價格溫和調(diào)漲，為了應(yīng)對傳統(tǒng)旺季加劇供應(yīng)緊俏，不排除二季度再掀起一波補貨漲價潮，預(yù)計存儲器價格可能提前反應(yīng)，二季度存儲器的價格漲勢將成為下半年產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標(biāo)。

存儲器單元實際上是時序邏輯電路的一種。按存儲器的使用類型可分為只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)，兩者的功能有較大的區(qū)別，因此在描述上也有所不同。存儲器是許多存儲單元的集合，按單元號順序排列。

每個單元由若干二進(jìn)制位構(gòu)成，以表示存儲單元中存放的數(shù)值，這種結(jié)構(gòu)和數(shù)組的結(jié)構(gòu)非常相似，故在VHDL語言中，通常由數(shù)組描述存儲器。

存儲器是用來存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內(nèi)存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。

存儲器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)較為清晰，上游由印刷電路集成、無線射頻零件、電容器、電阻器、芯片、數(shù)字集成電路等組成;產(chǎn)業(yè)鏈中游為存儲器生產(chǎn)商，國內(nèi)主要生產(chǎn)商為浪潮信息、中科曙光、愛數(shù)、華為等優(yōu)質(zhì)企業(yè);產(chǎn)業(yè)鏈下游為存儲器的引用領(lǐng)域，主要為家用電器、醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品、日用電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備、媒介儲存裝置、計算機附件等領(lǐng)域。

計算機的存儲器可分成內(nèi)存儲器和外存儲器。內(nèi)存儲器在程序執(zhí)行期間被計算機頻繁地使用，并且在一個指令周期期間是可直接訪問的。

外存儲器要求計算機從一個外貯藏裝置例如磁帶或磁盤中讀取信息。這與學(xué)生在課堂上做筆記相類似。如果學(xué)生沒有看筆記就知道內(nèi)容，信息就被存儲在“內(nèi)存儲器”中。如果學(xué)生必須查閱筆記，那么信息就在“外存儲器”中。

存儲器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

過去十多年來，CPU的處理速度幾乎是呈幾何級數(shù)的躍升，內(nèi)存的存取速度亦大幅增加，而數(shù)據(jù)儲存裝置主要是在與磁盤的存取速度相較之下，較為緩慢。

整個I/O吞吐量不能和系統(tǒng)匹配，形成電腦系統(tǒng)的瓶頸，拉低了電腦系統(tǒng)的整體性能。若不能有效地提升磁盤的存取速度，CPU、內(nèi)存及磁盤問的不平衡將使CPU及內(nèi)存的改進(jìn)形成浪費。

半導(dǎo)體行業(yè)分為集成電路、光電器件、分立器件、傳感器等子行業(yè)。其中，集成電路又可以分為存儲器、邏輯電路、模擬電路、微處理器等細(xì)分領(lǐng)域。

2021年存儲器占全球總半導(dǎo)體細(xì)分市場的29%，是全球集成電路的最大分支。根據(jù)WSTS統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年全球存儲芯片市場規(guī)模為1353億美元，同比增漲13.32%。2021年全球半導(dǎo)體存儲器市場規(guī)模為1538.38億美元，同比增長30.9%，占集成電路市場規(guī)模比例為33%。

存儲器應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，隨著家用電器的智能化，存儲器又增加了新的應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國存儲器產(chǎn)業(yè)鏈下游主要應(yīng)用為手機、其占比為44.75%，占據(jù)了近半數(shù)的市場份額，其次為電腦領(lǐng)域，占比為13.13%，服務(wù)器占比12.35%，消費電子占比8.52%，顯卡占比7.25%，其他領(lǐng)域占比14%。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年存儲器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告》顯示：

2021年半導(dǎo)體行業(yè)整體呈供需緊張態(tài)勢，DRAM產(chǎn)品價格受益上行。2021年全球DRAM市場規(guī)模為941.9億美元，同比增長41.89%。

在國內(nèi)宏觀經(jīng)濟運行良好的驅(qū)動下，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持快速、平穩(wěn)增長態(tài)勢，2021 年中國集成電路產(chǎn)業(yè)首次突破萬億元。

國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年中國集成電路累計產(chǎn)量達(dá)到了2614.2億塊，同比增長29.53%。2021年中國集成電路累計產(chǎn)量達(dá)到了3594億塊，同比增長37.48%。

我國存儲器市場主要集中在DARM和NAND Flash領(lǐng)域。在存儲器細(xì)分市場，光存儲和磁存儲逐漸往企業(yè)級市場方向發(fā)展，其中光存儲目前在企業(yè)級市場應(yīng)用快速發(fā)展，很大程度地拉動了整個存儲器市場的發(fā)展。

2020年中國存儲器行業(yè)市場規(guī)模為3223億元，同比增漲11.87%。在云存儲市場上，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展為我國云存儲帶來了前所未有的機遇，2020年中國云存儲行業(yè)市場規(guī)模達(dá)398億元，同比增漲22.09%。

數(shù)據(jù)顯示，由于全球2019年上半年原廠和品牌廠都面臨著很大的庫存和出貨壓力，導(dǎo)致帶動中國存儲器行業(yè)市場需求下降，2020年開始恢復(fù)供需平衡狀態(tài)，2022年中國存儲器行業(yè)產(chǎn)量約為32.55億塊，需求量約為36.8億塊。

從市場結(jié)構(gòu)來看，中國存儲器市場中，占比第一的存儲器為DRAM存儲器，占比為35.33%。其次為機械硬盤，占比32.54%，第三為NRAM Flash存儲器，占比為27.18%。

存儲器產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢預(yù)測

存儲器是計算機中數(shù)據(jù)存放的主要介質(zhì)。隨著近年來的發(fā)展, 存儲器的變化日新月異, 各種新型存儲器進(jìn)入市場, 普及針對新型存儲器的維護(hù)方法已經(jīng)迫在眉睫。從PCRAM和MRAM到RRAM等更多技術(shù)，一系列全新的存儲技術(shù)正不斷涌向晶圓廠。

而推動這一進(jìn)程的正是游戲和移動產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，以及云計算的發(fā)展。這些應(yīng)用都非常重要，它們正在不斷擴展當(dāng)今主流存儲技術(shù)的能力。

例如，游戲應(yīng)用需要速度極快的主存儲器和高容量的輔助(存儲類)存儲器，從而在用戶渾然不覺的情況下處理數(shù)據(jù), 快速管理海量的圖形數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的迅猛發(fā)展，用戶對存儲性價比的要求也越來越高，而云存儲技術(shù)無需硬件設(shè)備的支持，這就大大增加了存儲的安全性能，用戶也無需對硬件設(shè)施進(jìn)行維護(hù)，減少了投入成本，提升存儲效率。

存儲器市場的未來發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，市場競爭激烈，各大廠商需要不斷提升技術(shù)水平和產(chǎn)品性能以贏得市場份額。另一方面，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，存儲器的成本也在不斷下降，這可能會對市場價格和利潤產(chǎn)生一定影響。

總的來說，存儲器行業(yè)的未來發(fā)展前景看起來比較樂觀，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。各大廠商需要密切關(guān)注市場動態(tài)和技術(shù)發(fā)展趨勢，以應(yīng)對可能的變化和挑戰(zhàn)。

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