嵌入式内存有了新选择

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随着数字化的发展，嵌入式系统已成为支撑智能设备运转的核心。从可穿戴设备的实时健康监测到自动驾驶汽车的环境感知，从工业机器人的精密控制到 5G 基站的高速数据处理，这些场景对内存的性能、功耗和成本提出了日益严苛的要求。传统存储技术逐渐显露出短板：静态随机存取存储器（SRAM）虽能提供高速访问，但高昂的成本和有限的容量使其难以满足大规模数据处理需求；动态随机存取存储器（DRAM）虽具备较高的存储密度，却需要复杂的刷新电路支持，功耗控制难题始终制约着其在嵌入式领域的深度应用。

在此情况下，伪静态随机存取存储器（PSRAM）凭借独特的技术架构脱颖而出，成为嵌入式内存领域的新选择。这种融合了 SRAM 接口便利性与 DRAM 存储密度优势的创新产品，正在重塑嵌入式存储的市场格局。

PSRAM 是什么？

PSRAM（Pseudo Static Random Access Memory，伪静态随机存储器）是面向嵌入系统、消费电子、IoT 物联网、可穿戴设备、端侧 AI 产品打造的新型存储方案。顾名思义，其是一种通过技术手段模拟 SRAM 操作特性的 DRAM。

要理解 PSRAM 的优势，我们需要先了解传统存储器的特点。SRAM 虽然速度快、接口简单，但因为需要六个晶体管来存储一个比特的数据，成本高昂且密度较低。DRAM 虽然密度高、成本低，但需要复杂的控制器进行周期性刷新，增加了系统复杂度。PSRAM 则巧妙地结合了两者的优点：采用类似 DRAM 的一个晶体管加一个电容的存储结构，同时保持了类似 SRAM 的简单接口。

从结构上看，PSRAM 内部采用与 DRAM 相同的 1T+1C（单晶体管 + 单电容）存储单元，这种结构使其能够实现与 DRAM 相当的存储密度 —— 相同制程下，PSRAM 的容量可达 SRAM 的 4-8 倍。但与传统 DRAM 不同的是，PSRAM 在芯片内部集成了自刷新控制器和相关逻辑电路，能够自动完成数据刷新操作，无需外部控制器干预，这就使其对外呈现出与 SRAM 完全兼容的接口特性。

这种架构设计带来了显著的系统级优势。对于嵌入式开发者而言，PSRAM 可以像 SRAM 一样直接接入微控制器（MCU）或微处理器（MPU）的地址总线和数据总线，无需额外设计复杂的刷新控制逻辑，大大降低了硬件设计难度和软件开发复杂度。

在当前市场上，众多知名厂商都推出了支持 PSRAM 的 MCU 产品。英飞凌的 TRAVEO 系列、恩智浦的 i.MX RT 系列、瑞萨的 R-CAR 系列等都提供了 PSRAM 解决方案。

PSRAM 带来了什么？

在嵌入式存储的技术版图中，PSRAM 并非孤立存在，而是与 SRAM、DRAM、NAND Flash 等技术形成互补与竞争关系。深入分析 PSRAM 相对于这些技术的优劣势，有助于理解其市场定位和应用场景。

目前主流的 PSRAM 类型包括 OPI PSRAM、QPI PSRAM 和 SPI PSRAM，其中以 OPI PSRAM 最为典型。这类存储器的设计理念围绕「以串行替代并行」展开，例如 OPI PSRAM 采用 8 位串行数据线，在 133MHz 时钟频率下通过 DDR 模式可达到 2.128Gbps 的理论带宽，其 24 脚封装相比传统 DDR SDRAM 的 40 + 引脚，大幅简化了电路设计。爱普科技的 APS12808L-OBM-BA 等型号已实现商用，支持 Xccela 模式下的 266MB/s 吞吐量，特别适合物联网设备和穿戴设备中需要平衡带宽与体积的场景。

与 OPI PSRAM 形成梯度覆盖的还有 QPI 和 SPI 类型，前者通过 4 个双向数据引脚兼容 SPI 协议，在 104MHz 频率下提供 416Mbps 带宽；后者则沿用标准 SPI 接口，以 8 脚微型封装适配成本敏感型应用。这些变体的共同优势在于摆脱了传统 DDR SDRAM 对复杂控制器的依赖，例如无需动态刷新机制，直接采用类 SRAM 接口协议，显著降低了开发门槛。在功耗管理方面，新型 PSRAM 支持 PASR（Partial Array Self Refresh）等智能刷新技术，既能保证数据完整性，又能将待机功耗降低至微安级，这对电池供电的智能语音设备或工业传感器来说至关重要。

从应用场景来看，这类存储器正在移动通信、实时控制系统和边缘计算领域快速替代 DDR。智能手机中的语音协处理器常采用 OPI PSRAM 作为音频流缓冲区，其读取延迟比 DRAM 降低约 30%；工业机械臂通过集成 QPI PSRAM 实现运动轨迹数据的即时存取，避免了传统方案中因 DRAM 刷新周期引发的响应延迟。值得注意的是，尽管 PSRAM 的绝对带宽尚未达到高端 DDR4/DDR5 的水平，但其在单位引脚效率上的突破（如 OPI 接口每引脚传输效率达 266Mbps），正重新定义嵌入式存储的设计范式，尤其在 PCB 空间受限但需处理图像、语音等连续数据流的场景中，展现出独特的竞争力。这种技术演进本质上是通过接口协议革新和存储单元优化，在性能、功耗与成本之间寻找更贴合新兴市场需求的新平衡点。

然而，PSRAM 也存在固有的技术局限性。作为一种易失性存储器，PSRAM 在断电后会丢失所有数据，这使其无法单独承担数据持久化存储的任务，必须与 NAND Flash 等非易失性存储配合使用。在智能家居控制面板等场景中，通常采用 "PSRAM+NOR Flash" 的组合方案：PSRAM 用于运行实时操作系统和临时数据缓存，NOR Flash 用于存储固件和用户配置信息，这种组合虽然增加了系统复杂度，但平衡了性能与数据安全性。

容量限制是 PSRAM 面临的另一大挑战。目前市场上主流的 PSRAM 产品容量多在 32-512Mb 之间，最高端的英飞凌 HYPERRAM™产品容量为 512Mb，这与 LPDDR5 等 DRAM 产品 16Gb 的容量相比存在明显差距。这种容量瓶颈使其难以应用于需要大规模缓存的场景，如高端车载信息娱乐系统和边缘计算节点。

国产化突破：从技术跟跑到市场突围

中国半导体产业的自主可控战略为 PSRAM 的国产化提供了历史性机遇。

近日，紫光国芯在 PSRAM 领域的突破具有标志性意义。2025 年 7 月，该公司发布了兼容 Xccela 协议的全系列 PSRAM 产品，容量覆盖 32Mb、64Mb 和 128Mb，采用 BGA24L 超薄封装，同时也支持 KGD 产品形式。该系列产品可为物联网设备、穿戴电子产品和端侧 AI 产品打造存储解决方案。

紫光国芯 PSRAM 芯片尺寸紧凑，支持业界最高速度 400MHz，传输速率提升至 1066Mbps，可实现最高 17.06Gb/s 的高带宽性能，还支持在线动态可配置 X8、X16 模式，适配不同应用的需求。为满足对长续航的严苛需求，紫光国芯 PSRAM 支持包括 Half Sleep 在内的低功耗设计，已上市产品支持 1.62-1.98V 电压范围，包括 1.8V 低压供电，即将上市的 256Mb(32MB) 大容量版本还支持 1.8/1.2V 双压、动态变压 0.9V 等超低功耗模式。此外，它还支持从-40℃到 105℃的工规级宽温域的高可靠性。

从产品规划来看，紫光国芯正以「应用驱动创新」的逻辑推进技术迭代：除已发布的 128Mb 以下规格，256Mb 新品已进入流片阶段，计划 Q4 量产；在封装工艺上，后续将推出 CSP（芯片级封装）方案，进一步适配 TWS 耳机等超微型设备。这一技术布局不仅填补了国内高性能低功耗 PSRAM 的空白，更有望在全球物联网存储市场打破日韩企业的长期主导格局。价格方面，32Mb 版本 16 元，128Mb 版本 25 元。

此外，在国产 MCU 阵营中，合封 PSRAM 的产品如下：

兆易创新 GD32E5 系列 MCU：片上集成了 4MB PSRAM。
启明智显 Model3 芯片：Model3 芯片是一款高性能的显示交互和智能控制 MCU，内置片上 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联网（AIoT）场景下的高集成度、高性能的系统级（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，适用于片内 RAM 需求较大的客户。

展望未来，随着物联网和人工智能应用的进一步普及，对 MCU 存储容量的需求还将持续增长。PSRAM 作为一种平衡了成本、性能和易用性的存储方案，必将获得更广泛的应用。通过将 PSRAM 直接合封在 MCU 中，为用户提供了更加便捷的解决方案，代表了未来 MCU 发展的一个重要方向。

对于中国的半导体产业来说，PSRAM 技术的发展既是机遇也是挑战。一方面，我们看到越来越多的国产 MCU 厂商开始在产品中集成 PSRAM，显示出强劲的技术追赶势头；另一方面，在高端 PSRAM 技术方面，与国际领先企业相比仍有差距。但随着创新产品不断涌现，相信国产 MCU 在 PSRAM 应用方面会逐步缩小与国际水平的差距。

总的来说，PSRAM 为 MCU 带来了更大的存储空间、更优的成本效益比、更低的功耗以及更简单的系统设计。这些优势使得 PSRAM 成为现代 MCU 设计中不可或缺的一环。随着技术的不断进步和应用需求的持续增长，我们有理由相信，PSRAM 将在未来的 MCU 设计中发挥更加重要的作用。