嵌入式內(nèi)存有了新選擇

隨著數(shù)字化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為支撐智能設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的核心。從可穿戴設(shè)備的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)到自動(dòng)駕駛汽車的環(huán)境感知，從工業(yè)機(jī)器人的精密控制到 5G 基站的高速數(shù)據(jù)處理，這些場(chǎng)景對(duì)內(nèi)存的性能、功耗和成本提出了日益嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)逐漸顯露出短板：靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）雖能提供高速訪問(wèn)，但高昂的成本和有限的容量使其難以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理需求；動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）雖具備較高的存儲(chǔ)密度，卻需要復(fù)雜的刷新電路支持，功耗控制難題始終制約著其在嵌入式領(lǐng)域的深度應(yīng)用。

在此情況下，偽靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（PSRAM）憑借獨(dú)特的技術(shù)架構(gòu)脫穎而出，成為嵌入式內(nèi)存領(lǐng)域的新選擇。這種融合了 SRAM 接口便利性與 DRAM 存儲(chǔ)密度優(yōu)勢(shì)的創(chuàng)新產(chǎn)品，正在重塑嵌入式存儲(chǔ)的市場(chǎng)格局。

PSRAM 是什么？

PSRAM（Pseudo Static Random Access Memory，偽靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）是面向嵌入系統(tǒng)、消費(fèi)電子、IoT 物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、端側(cè) AI 產(chǎn)品打造的新型存儲(chǔ)方案。顧名思義，其是一種通過(guò)技術(shù)手段模擬 SRAM 操作特性的 DRAM。

要理解 PSRAM 的優(yōu)勢(shì)，我們需要先了解傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)。SRAM 雖然速度快、接口簡(jiǎn)單，但因?yàn)樾枰鶄€(gè)晶體管來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)比特的數(shù)據(jù)，成本高昂且密度較低。DRAM 雖然密度高、成本低，但需要復(fù)雜的控制器進(jìn)行周期性刷新，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。PSRAM 則巧妙地結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)：采用類似 DRAM 的一個(gè)晶體管加一個(gè)電容的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持了類似 SRAM 的簡(jiǎn)單接口。

從結(jié)構(gòu)上看，PSRAM 內(nèi)部采用與 DRAM 相同的 1T+1C（單晶體管 + 單電容）存儲(chǔ)單元，這種結(jié)構(gòu)使其能夠?qū)崿F(xiàn)與 DRAM 相當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)密度——相同制程下，PSRAM 的容量可達(dá) SRAM 的 4-8 倍。但與傳統(tǒng) DRAM 不同的是，PSRAM 在芯片內(nèi)部集成了自刷新控制器和相關(guān)邏輯電路，能夠自動(dòng)完成數(shù)據(jù)刷新操作，無(wú)需外部控制器干預(yù)，這就使其對(duì)外呈現(xiàn)出與 SRAM 完全兼容的接口特性。

這種架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了顯著的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于嵌入式開(kāi)發(fā)者而言，PSRAM 可以像 SRAM 一樣直接接入微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的地址總線和數(shù)據(jù)總線，無(wú)需額外設(shè)計(jì)復(fù)雜的刷新控制邏輯，大大降低了硬件設(shè)計(jì)難度和軟件開(kāi)發(fā)復(fù)雜度。

在當(dāng)前市場(chǎng)上，眾多知名廠商都推出了支持 PSRAM 的 MCU 產(chǎn)品。英飛凌的 TRAVEO 系列、恩智浦的 i.MX RT 系列、瑞薩的 R-CAR 系列等都提供了 PSRAM 解決方案。

PSRAM 帶來(lái)了什么？

在嵌入式存儲(chǔ)的技術(shù)版圖中，PSRAM 并非孤立存在，而是與 SRAM、DRAM、NAND Flash 等技術(shù)形成互補(bǔ)與競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。深入分析 PSRAM 相對(duì)于這些技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)，有助于理解其市場(chǎng)定位和應(yīng)用場(chǎng)景。

目前主流的 PSRAM 類型包括 OPI PSRAM、QPI PSRAM 和 SPI PSRAM，其中以 OPI PSRAM 最為典型。這類存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)理念圍繞「以串行替代并行」展開(kāi)，例如 OPI PSRAM 采用 8 位串行數(shù)據(jù)線，在 133MHz 時(shí)鐘頻率下通過(guò) DDR 模式可達(dá)到 2.128Gbps 的理論帶寬，其 24 腳封裝相比傳統(tǒng) DDR SDRAM 的 40 + 引腳，大幅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。愛(ài)普科技的 APS12808L-OBM-BA 等型號(hào)已實(shí)現(xiàn)商用，支持 Xccela 模式下的 266MB/s 吞吐量，特別適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和穿戴設(shè)備中需要平衡帶寬與體積的場(chǎng)景。

與 OPI PSRAM 形成梯度覆蓋的還有 QPI 和 SPI 類型，前者通過(guò) 4 個(gè)雙向數(shù)據(jù)引腳兼容 SPI 協(xié)議，在 104MHz 頻率下提供 416Mbps 帶寬；后者則沿用標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口，以 8 腳微型封裝適配成本敏感型應(yīng)用。這些變體的共同優(yōu)勢(shì)在于擺脫了傳統(tǒng) DDR SDRAM 對(duì)復(fù)雜控制器的依賴，例如無(wú)需動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制，直接采用類 SRAM 接口協(xié)議，顯著降低了開(kāi)發(fā)門檻。在功耗管理方面，新型 PSRAM 支持 PASR（Partial Array Self Refresh）等智能刷新技術(shù)，既能保證數(shù)據(jù)完整性，又能將待機(jī)功耗降低至微安級(jí)，這對(duì)電池供電的智能語(yǔ)音設(shè)備或工業(yè)傳感器來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，這類存儲(chǔ)器正在移動(dòng)通信、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和邊緣計(jì)算領(lǐng)域快速替代 DDR。智能手機(jī)中的語(yǔ)音協(xié)處理器常采用 OPI PSRAM 作為音頻流緩沖區(qū)，其讀取延遲比 DRAM 降低約 30%；工業(yè)機(jī)械臂通過(guò)集成 QPI PSRAM 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)的即時(shí)存取，避免了傳統(tǒng)方案中因 DRAM 刷新周期引發(fā)的響應(yīng)延遲。值得注意的是，盡管 PSRAM 的絕對(duì)帶寬尚未達(dá)到高端 DDR4/DDR5 的水平，但其在單位引腳效率上的突破（如 OPI 接口每引腳傳輸效率達(dá) 266Mbps），正重新定義嵌入式存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)范式，尤其在 PCB 空間受限但需處理圖像、語(yǔ)音等連續(xù)數(shù)據(jù)流的場(chǎng)景中，展現(xiàn)出獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)力。這種技術(shù)演進(jìn)本質(zhì)上是通過(guò)接口協(xié)議革新和存儲(chǔ)單元優(yōu)化，在性能、功耗與成本之間尋找更貼合新興市場(chǎng)需求的新平衡點(diǎn)。

然而，PSRAM 也存在固有的技術(shù)局限性。作為一種易失性存儲(chǔ)器，PSRAM 在斷電后會(huì)丟失所有數(shù)據(jù)，這使其無(wú)法單獨(dú)承擔(dān)數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)的任務(wù)，必須與 NAND Flash 等非易失性存儲(chǔ)配合使用。在智能家居控制面板等場(chǎng)景中，通常采用 "PSRAM+NOR Flash" 的組合方案：PSRAM 用于運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和臨時(shí)數(shù)據(jù)緩存，NOR Flash 用于存儲(chǔ)固件和用戶配置信息，這種組合雖然增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，但平衡了性能與數(shù)據(jù)安全性。

容量限制是 PSRAM 面臨的另一大挑戰(zhàn)。目前市場(chǎng)上主流的 PSRAM 產(chǎn)品容量多在 32-512Mb 之間，最高端的英飛凌 HYPERRAM?產(chǎn)品容量為 512Mb，這與 LPDDR5 等 DRAM 產(chǎn)品 16Gb 的容量相比存在明顯差距。這種容量瓶頸使其難以應(yīng)用于需要大規(guī)模緩存的場(chǎng)景，如高端車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

國(guó)產(chǎn)化突破：從技術(shù)跟跑到市場(chǎng)突圍

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的自主可控戰(zhàn)略為 PSRAM 的國(guó)產(chǎn)化提供了歷史性機(jī)遇。

近日，紫光國(guó)芯在 PSRAM 領(lǐng)域的突破具有標(biāo)志性意義。2025 年 7 月，該公司發(fā)布了兼容 Xccela 協(xié)議的全系列 PSRAM 產(chǎn)品，容量覆蓋 32Mb、64Mb 和 128Mb，采用 BGA24L 超薄封裝，同時(shí)也支持 KGD 產(chǎn)品形式。該系列產(chǎn)品可為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、穿戴電子產(chǎn)品和端側(cè) AI 產(chǎn)品打造存儲(chǔ)解決方案。

紫光國(guó)芯 PSRAM 芯片尺寸緊湊，支持業(yè)界最高速度 400MHz，傳輸速率提升至 1066Mbps，可實(shí)現(xiàn)最高 17.06Gb/s 的高帶寬性能，還支持在線動(dòng)態(tài)可配置 X8、X16 模式，適配不同應(yīng)用的需求。為滿足對(duì)長(zhǎng)續(xù)航的嚴(yán)苛需求，紫光國(guó)芯 PSRAM 支持包括 Half Sleep 在內(nèi)的低功耗設(shè)計(jì)，已上市產(chǎn)品支持 1.62-1.98V 電壓范圍，包括 1.8V 低壓供電，即將上市的 256Mb(32MB) 大容量版本還支持 1.8/1.2V 雙壓、動(dòng)態(tài)變壓 0.9V 等超低功耗模式。此外，它還支持從-40℃到 105℃的工規(guī)級(jí)寬溫域的高可靠性。

從產(chǎn)品規(guī)劃來(lái)看，紫光國(guó)芯正以「應(yīng)用驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新」的邏輯推進(jìn)技術(shù)迭代：除已發(fā)布的 128Mb 以下規(guī)格，256Mb 新品已進(jìn)入流片階段，計(jì)劃 Q4 量產(chǎn)；在封裝工藝上，后續(xù)將推出 CSP（芯片級(jí)封裝）方案，進(jìn)一步適配 TWS 耳機(jī)等超微型設(shè)備。這一技術(shù)布局不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高性能低功耗 PSRAM 的空白，更有望在全球物聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)市場(chǎng)打破日韓企業(yè)的長(zhǎng)期主導(dǎo)格局。價(jià)格方面，32Mb 版本 16 元，128Mb 版本 25 元。

此外，在國(guó)產(chǎn) MCU 陣營(yíng)中，合封 PSRAM 的產(chǎn)品如下：

兆易創(chuàng)新 GD32E5 系列 MCU：片上集成了 4MB PSRAM。

啟明智顯 Model3 芯片：Model3 芯片是一款高性能的顯示交互和智能控制 MCU，內(nèi)置片上 1MB 大容量 SRAM 以及 64Mb PSRAM。

思澈科技 ButterFliSF32LB557：SF32LB55x 是一系列用于超低功耗人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）場(chǎng)景下的高集成度、高性能的系統(tǒng)級(jí)（SoC）MCU 芯片，集成了 4MB PSRAM。

AGM（遨格芯）AG32 系列：AG32 系列 MCU 新品合封了 64Mb PSRAM，適用于片內(nèi) RAM 需求較大的客戶。

展望未來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能應(yīng)用的進(jìn)一步普及，對(duì) MCU 存儲(chǔ)容量的需求還將持續(xù)增長(zhǎng)。PSRAM 作為一種平衡了成本、性能和易用性的存儲(chǔ)方案，必將獲得更廣泛的應(yīng)用。通過(guò)將 PSRAM 直接合封在 MCU 中，為用戶提供了更加便捷的解決方案，代表了未來(lái) MCU 發(fā)展的一個(gè)重要方向。

對(duì)于中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，PSRAM 技術(shù)的發(fā)展既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。一方面，我們看到越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn) MCU 廠商開(kāi)始在產(chǎn)品中集成 PSRAM，顯示出強(qiáng)勁的技術(shù)追趕勢(shì)頭；另一方面，在高端 PSRAM 技術(shù)方面，與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)相比仍有差距。但隨著創(chuàng)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，相信國(guó)產(chǎn) MCU 在 PSRAM 應(yīng)用方面會(huì)逐步縮小與國(guó)際水平的差距。

總的來(lái)說(shuō)，PSRAM 為 MCU 帶來(lái)了更大的存儲(chǔ)空間、更優(yōu)的成本效益比、更低的功耗以及更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些優(yōu)勢(shì)使得 PSRAM 成為現(xiàn)代 MCU 設(shè)計(jì)中不可或缺的一環(huán)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的持續(xù)增長(zhǎng)，我們有理由相信，PSRAM 將在未來(lái)的 MCU 設(shè)計(jì)中發(fā)揮更加重要的作用。