非易失性存储器（Non-Volatile Memory, NVM）概述
非易失性存储器（NVM, Non-Volatile Memory） 是指 断电后仍能保留数据 的存储器类型，区别于 易失性存储器（如 RAM），后者在断电后数据会丢失。非易失性存储器（英语：Non-Volatile Memory，缩写：NVM）或非依电性存储器是指当电流关掉后，所存储的资料不会消失的资料存储设备。非易失性存储器中，依存储器内的资料是否能在使用系统时随时改写为标准，可分为三大类产品，即ROM、Flash memory和NVRAM。
1. NVM 的主要特点
- 断电后数据仍可保留，适用于长期存储。
- 比易失性存储器（如 DRAM、SRAM）通常速度较慢，但随着技术发展，部分 NVM 也具有较高的存取速度。
- 存储密度通常较高，可以存储大量数据。
- 写入和擦除速度因技术不同而不同，如 Flash 需要擦除块后才能写入，而 MRAM/FeRAM 速度更快。
- 写入寿命有限（如 NAND Flash 的写入次数是有限的），但不同 NVM 技术的耐久性有所不同。
2. NVM 的主要类型
（1）传统非易失性存储器
- ROM（Read-Only Memory， 只读存储器）
- 数据由制造时写入，无法更改。
- 用于固件、BIOS 等。
- PROM（Programmable ROM，可编程只读存储器）
- 用户可写入数据，但只能写一次，不能擦除。
- EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程只读存储器）
- 通过紫外线擦除后可重新编程。
- EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程只读存储器）
- 电子方式擦除和写入，但速度较慢，适用于存储小型数据（如 BIOS）。
（2）现代非易失性存储器
- Flash Memory（闪存）
- 由 EEPROM 发展而来，速度更快，广泛用于 SSD、U 盘、存储卡等。
- 主要分为 NAND Flash（适合大容量存储） 和 NOR Flash（适合代码执行）。
- FRAM（铁电随机存取内存）
- 速度快、功耗低、耐久性高，适用于智能卡等应用。
- MRAM（磁阻式存储器）
- 采用磁性材料存储数据，速度接近 SRAM，耐久性好，但成本较高。
- PCM（相变存储器）
- 通过材料的相变存储数据，写入速度快，应用于高速存储设备。
- ReRAM（（ReRAM 或 RRAM，全称 Resistive Random Access Memory））
- NVRAM（非易失性随机存储器）– 它结合了 随机存取存储器（RAM） 的快速存取特点和 非易失性存储器（如 Flash、EEPROM） 的数据保持能力。
- 忆阻器存储器
- 由电池（多为锂一次电池）供电的静态随机存取存储器，其缺点是会随着电量耗尽而失效
硬盘、光盘与磁带虽然也是非易失性贮存设备，但被归类为现行NVM一般特指非机械式之电子类存储器组件。
3. 非易失性存储器（NVM, Non-Volatile Memory）的应用领域
非易失性存储器（NVM）能够在断电后保持数据，因此被广泛应用于各种电子设备、计算机系统、工业控制和新兴技术领域。以下是 NVM 的主要应用领域：
3.1. 计算机与存储设备
✅ 固态硬盘（SSD）：使用 NAND Flash 作为存储介质，替代传统机械硬盘（HDD），提供更快的读写速度和更好的耐久性。
✅ USB 闪存盘（U 盘）：便携式存储设备，基于 NAND Flash，适用于数据传输和备份。
✅ 存储卡（SD 卡、TF 卡）：用于智能手机、相机、无人机等设备，存储照片、视频和应用数据。
✅ BIOS/UEFI 固件存储：EEPROM/NOR Flash 用于存储计算机启动固件，确保系统能够正常启动。
3.2. 移动设备
✅ 智能手机和平板电脑：NAND Flash 用作内部存储（eMMC、UFS），存储操作系统、应用程序和用户数据。
✅ 智能手表和可穿戴设备：使用低功耗 NVM（如 FeRAM、MRAM）存储传感器数据和固件。
✅ 便携式游戏机：如 Nintendo Switch，采用 NAND Flash 存储游戏数据和存档。
3.3. 车载电子与自动驾驶
✅ 汽车信息娱乐系统（IVI）：用于存储操作系统、导航地图、音乐等数据（采用 NAND Flash）。
✅ 高级驾驶辅助系统（ADAS）：需要高速 NVM（如 MRAM）存储传感器数据，实现实时计算。
✅ 车载黑匣子（Event Data Recorder, EDR）：记录事故数据，采用 FeRAM 或 ReRAM，保证高耐久性。
✅ 电动车电池管理系统（BMS）：使用 EEPROM 存储电池充放电数据，提高安全性和寿命管理
3.4. 嵌入式系统与工业控制
✅ 物联网（IoT）设备：智能传感器、智能家居设备使用 NVM 存储配置信息和历史数据。
✅ 工控机与PLC（可编程逻辑控制器）：EEPROM、FeRAM、MRAM 用于存储运行参数和日志数据，避免断电丢失。
✅ 智能电表：使用 FeRAM/MRAM 记录用户用电数据，保证耐久性和低功耗。
3.5. 人工智能（AI）与高性能计算（HPC）
✅ 存内计算（In-Memory Computing）：ReRAM 可用于加速 AI 计算，提高数据处理效率。
✅ 边缘计算设备：如自动驾驶计算单元，使用 MRAM 进行低延迟数据存储。
✅ FPGA（现场可编程门阵列）：采用 NVM 存储配置数据，实现快速启动和低功耗计算。
3.6. 医疗与生物科技
✅ 医疗设备：如心脏起搏器、植入式传感器，使用低功耗 NVM（FeRAM）存储患者数据。
✅ 基因测序与生物计算：ReRAM/MRAM 适用于高效存储 DNA 数据，支持大规模数据分析。
✅ 电子健康记录（EHR）：采用高可靠性 NAND Flash 进行病患信息存储和备份。
3.7. 航空航天与国防
✅ 飞行数据记录仪（黑匣子）：FeRAM/MRAM 具有高耐久性和抗辐射能力，适合航空航天应用。
✅ 军用计算机与雷达：使用 NVM 存储机密数据和操作系统，确保安全性和可靠性。
✅ 卫星存储系统：Flash/MRAM 适用于存储卫星影像数据，并耐受极端环境。
非易失性存储器（NVM）在 计算机、移动设备、汽车电子、工业控制、AI 计算、医疗、航天国防 等领域发挥重要作用。随着 MRAM、ReRAM 等新型存储技术的发展，NVM 将在高性能计算、AI 以及存内计算等前沿领域得到更广泛应用。
4. 非易失性存储器（Non-Volatile Memory, NVM）和易失性存储器（Volatile Memory）是两种不同类型的存储器的区别
非易失性存储器（Non-Volatile Memory, NVM）和易失性存储器（Volatile Memory）是两种不同类型的存储器，各自适用于不同的应用场景。它们的主要区别如下：
4.1. 基本概念
| 存储器类型 | 定义 |
|---|---|
| 非易失性存储器（NVM） | 断电后数据仍能保留的存储器 |
| 易失性存储器（VM） | 断电后数据会丢失的存储器 |
4.2. 主要区别
| 对比项 | 非易失性存储器（NVM） | 易失性存储器（VM） |
|---|---|---|
| 数据存储 | 断电后仍能保存数据 | 断电后数据丢失 |
| 存取速度 | 相对较慢 | 速度快（SRAM > DRAM） |
| 功耗 | 低，不需要持续供电 | 需要持续供电，功耗较高 |
| 耐久性 | 读写寿命有限（如 Flash 有擦写次数限制） | 可频繁读写，无明显寿命限制 |
| 主要用途 | 长期存储，如固件、文件、数据 | 短期存储，如缓存、运行程序 |
| 典型代表 | Flash、EEPROM、ROM、MRAM、FeRAM | DRAM、SRAM |
4.3. 主要存储器类型
（1）非易失性存储器（NVM）
✅ 主要用于长期数据存储，如固态硬盘（SSD）、U 盘、BIOS 等
- ROM（只读存储器） – 数据固定，不能更改
- EEPROM（电可擦除可编程只读存储器） – 可擦写，但速度慢
- Flash Memory（闪存） – 比 EEPROM 速度快，广泛用于 SSD、U 盘
- MRAM（磁阻式存储器） – 高速、耐久，但成本高
- FeRAM（铁电存储器） – 高速低功耗，适用于智能卡
- ReRAM（阻变存储器） – 新兴技术，功耗低，存取快
（2）易失性存储器（VM）
✅ 主要用于计算机主存（RAM），数据需要快速访问
4.4. 适用场景
| 应用场景 | 适合的存储器类型 | 示例 |
|---|---|---|
| 长期数据存储 | 非易失性存储器（NVM） | 硬盘（SSD）、U 盘、存储卡 |
| 计算机主存（RAM） | 易失性存储器（VM） | DRAM（DDR4, DDR5） |
| CPU 缓存 | 易失性存储器（VM） | SRAM（L1/L2/L3 Cache） |
| 嵌入式设备、固件 | 非易失性存储器（NVM） | EEPROM、Flash |
| 高速低功耗存储 | NVM（新兴技术） | MRAM、ReRAM、FeRAM |
4.5 非易失性存储器（NVM）和 易失性存储器（如 DRAM、SRAM）对比
| 特性 | 非易失性存储器（NVM） | 易失性存储器（如 DRAM、SRAM） |
|---|---|---|
| 数据保持 | 断电后仍能保留数据 | 断电后数据丢失 |
| 速度 | 相对较慢（部分新技术如 MRAM 较快） | 速度极快（SRAM、DRAM） |
| 主要用途 | 长期存储（固件、数据存储等） | 作为缓存或主存（运行程序） |
| 能耗 | 相对较低 | 需要持续供电，能耗较高 |
| 典型代表 | ROM、Flash、FeRAM、MRAM | DRAM、SRAM |
总结
- NVM 是指能够在断电后保持数据的存储器，是计算机和电子设备数据存储的核心。
- 传统 NVM 以 ROM、EEPROM 为代表，而 现代 NVM 以 Flash、FeRAM、MRAM、PCM、ReRAM 等新技术为主。
- 不同 NVM 技术适用于不同场景，如 Flash 用于大容量存储，MRAM 适用于高速缓存等。
- 与易失性存储器相比，NVM 更适合长期数据存储，但速度相对较慢。
- 非易失性存储器（NVM）：断电后仍能保持数据，适用于长期存储，如 Flash、EEPROM、ROM、MRAM。
- 易失性存储器（VM）：断电后数据丢失，速度快，适用于计算机主存，如 DRAM、SRAM。
- 两者结合使用：计算机通常用 NVM 作为存储（如 SSD），用 VM 作为运行内存（RAM），保证数据存储和高效运算。