超大容量三维超分辨光存储研究 突破性进展 超级光盘诞生 存储器产业现状及未来发展趋势分析报告

• 李波 2024年2月23日 来源：中研普华集团、央视财经、中研网 975 61
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近日，中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称“上海光机所”)与上海理工大学等科研单位合作，在超大容量三维超分辨光存储研究中取得突破性进展。

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称“上海光机所”)与上海理工大学等科研单位合作，在超大容量三维超分辨光存储研究中取得突破性进展。

研究团队利用国际首创的双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术，实验上首次在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录，单盘等效容量达Pb量级。

相关研究成果于2024年2月22日发表于《自然》(Nature)杂志。光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长达50年至100年的独特优势，非常适合长期低成本存储海量数据，然而受到衍射极限的限制，传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。

在信息量日益增长的大数据时代，突破衍射极限、缩小信息点尺寸、提高单盘存储容量长久以来一直都是光存储领域的不懈追求。

自20世纪80年代，上海光机所干福熹院士开创了我国数字光盘存储技术的研究，上海光机所团队一直深耕光存储领域。

依托丰富的研究基础和创新技术方案，基于双光束超分辨技术及聚集诱导发光光刻胶材料相结合，在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录，单盘等效容量约1.6Pb。

经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年，加速重复读取后荧光对比度仍高达20.5∶1，这是国际上首次实现Pb量级的超大容量光存储。

从光学显微技术，到当今“卡脖子”技术的光刻机，再到光存储技术，无一不被光学衍射极限所限制。在2021年Science发布的全世界最前沿的125个科学问题中，突破衍射极限限制更是在物理领域高居首位。

该超分辨光盘的成功研制在信息写入和读出都突破了这一物理学难题，有助于我国在存储领域突破“卡脖子”障碍，将在大数据数字经济中发挥重大作用，以满足信息产业领域的重大需求。

存储器产业2024年从价格谷底回升，业界预期，即使上半年的市场终端需求不如预期，原厂仍将力撑DRAM及NAND Flash价格温和调涨，为了应对传统旺季加剧供应紧俏，不排除二季度再掀起一波补货涨价潮，预计存储器价格可能提前反应，二季度存储器的价格涨势将成为下半年产业风向标。

存储器单元实际上是时序逻辑电路的一种。按存储器的使用类型可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的功能有较大的区别，因此在描述上也有所不同。存储器是许多存储单元的集合，按单元号顺序排列。

每个单元由若干二进制位构成，以表示存储单元中存放的数值，这种结构和数组的结构非常相似，故在VHDL语言中，通常由数组描述存储器。

存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。

存储器行业产业链结构较为清晰，上游由印刷电路集成、无线射频零件、电容器、电阻器、芯片、数字集成电路等组成;产业链中游为存储器生产商，国内主要生产商为浪潮信息、中科曙光、爱数、华为等优质企业;产业链下游为存储器的引用领域，主要为家用电器、医疗设备产品、日用电子产品、网络服务设备、媒介储存装置、计算机附件等领域。

计算机的存储器可分成内存储器和外存储器。内存储器在程序执行期间被计算机频繁地使用，并且在一个指令周期期间是可直接访问的。

外存储器要求计算机从一个外贮藏装置例如磁带或磁盘中读取信息。这与学生在课堂上做笔记相类似。如果学生没有看笔记就知道内容，信息就被存储在“内存储器”中。如果学生必须查阅笔记，那么信息就在“外存储器”中。

存储器产业发展现状分析

过去十多年来，CPU的处理速度几乎是呈几何级数的跃升，内存的存取速度亦大幅增加，而数据储存装置主要是在与磁盘的存取速度相较之下，较为缓慢。

整个I/O吞吐量不能和系统匹配，形成电脑系统的瓶颈，拉低了电脑系统的整体性能。若不能有效地提升磁盘的存取速度，CPU、内存及磁盘问的不平衡将使CPU及内存的改进形成浪费。

半导体行业分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等子行业。其中，集成电路又可以分为存储器、逻辑电路、模拟电路、微处理器等细分领域。

2021年存储器占全球总半导体细分市场的29%，是全球集成电路的最大分支。根据WSTS统计数据显示，2021年全球存储芯片市场规模为1353亿美元，同比增涨13.32%。2021年全球半导体存储器市场规模为1538.38亿美元，同比增长30.9%，占集成电路市场规模比例为33%。

存储器应用领域较为广泛，随着家用电器的智能化，存储器又增加了新的应用领域，根据数据显示，中国存储器产业链下游主要应用为手机、其占比为44.75%，占据了近半数的市场份额，其次为电脑领域，占比为13.13%，服务器占比12.35%，消费电子占比8.52%，显卡占比7.25%，其他领域占比14%。

根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年存储器产业现状及未来发展趋势分析报告》显示：

2021年半导体行业整体呈供需紧张态势，DRAM产品价格受益上行。2021年全球DRAM市场规模为941.9亿美元，同比增长41.89%。

在国内宏观经济运行良好的驱动下，国内集成电路产业继续保持快速、平稳增长态势，2021 年中国集成电路产业首次突破万亿元。

国家统计局数据显示，2020年中国集成电路累计产量达到了2614.2亿块，同比增长29.53%。2021年中国集成电路累计产量达到了3594亿块，同比增长37.48%。

我国存储器市场主要集中在DARM和NAND Flash领域。在存储器细分市场，光存储和磁存储逐渐往企业级市场方向发展，其中光存储目前在企业级市场应用快速发展，很大程度地拉动了整个存储器市场的发展。

2020年中国存储器行业市场规模为3223亿元，同比增涨11.87%。在云存储市场上，云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展为我国云存储带来了前所未有的机遇，2020年中国云存储行业市场规模达398亿元，同比增涨22.09%。

数据显示，由于全球2019年上半年原厂和品牌厂都面临着很大的库存和出货压力，导致带动中国存储器行业市场需求下降，2020年开始恢复供需平衡状态，2022年中国存储器行业产量约为32.55亿块，需求量约为36.8亿块。

从市场结构来看，中国存储器市场中，占比第一的存储器为DRAM存储器，占比为35.33%。其次为机械硬盘，占比32.54%，第三为NRAM Flash存储器，占比为27.18%。

存储器产业未来发展趋势预测

存储器是计算机中数据存放的主要介质。随着近年来的发展, 存储器的变化日新月异, 各种新型存储器进入市场, 普及针对新型存储器的维护方法已经迫在眉睫。从PCRAM和MRAM到RRAM等更多技术，一系列全新的存储技术正不断涌向晶圆厂。

而推动这一进程的正是游戏和移动产品领域的技术进步，以及云计算的发展。这些应用都非常重要，它们正在不断扩展当今主流存储技术的能力。

例如，游戏应用需要速度极快的主存储器和高容量的辅助(存储类)存储器，从而在用户浑然不觉的情况下处理数据, 快速管理海量的图形数据。随着数据存储技术的迅猛发展，用户对存储性价比的要求也越来越高，而云存储技术无需硬件设备的支持，这就大大增加了存储的安全性能，用户也无需对硬件设施进行维护，减少了投入成本，提升存储效率。

存储器市场的未来发展也面临一些挑战。一方面，市场竞争激烈，各大厂商需要不断提升技术水平和产品性能以赢得市场份额。另一方面，随着技术的不断进步，存储器的成本也在不断下降，这可能会对市场价格和利润产生一定影响。

总的来说，存储器行业的未来发展前景看起来比较乐观，但也面临着一些挑战。各大厂商需要密切关注市场动态和技术发展趋势，以应对可能的变化和挑战。

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