文 | 半導體產業縱橫

隨著數字化的發展，嵌入式系統已成為支撐智能設備運轉的核心。從可穿戴設備的實時健康監測到自動駕駛汽車的環境感知，從工業機器人的精密控制到 5G 基站的高速數據處理，這些場景對內存的性能、功耗和成本提出了日益嚴苛的要求。傳統存儲技術逐漸顯露出短板：靜態隨機存取存儲器（SRAM）雖能提供高速訪問，但高昂的成本和有限的容量使其難以滿足大規模數據處理需求；動態隨機存取存儲器（DRAM）雖具備較高的存儲密度，卻需要復雜的刷新電路支持，功耗控制難題始終制約著其在嵌入式領域的深度應用。

在此情況下，偽靜態隨機存取存儲器（PSRAM）憑借獨特的技術架構脫穎而出，成為嵌入式內存領域的新選擇。這種融合了 SRAM 接口便利性與 DRAM 存儲密度優勢的創新產品，正在重塑嵌入式存儲的市場格局。

PSRAM 是什么？

PSRAM（Pseudo Static Random Access Memory，偽靜態隨機存儲器）是面向嵌入系統、消費電子、IoT 物聯網、可穿戴設備、端側 AI 產品打造的新型存儲方案。顧名思義，其是一種通過技術手段模擬 SRAM 操作特性的 DRAM。

要理解 PSRAM 的優勢，我們需要先了解傳統存儲器的特點。SRAM 雖然速度快、接口簡單，但因為需要六個晶體管來存儲一個比特的數據，成本高昂且密度較低。DRAM 雖然密度高、成本低，但需要復雜的控制器進行周期性刷新，增加了系統復雜度。PSRAM 則巧妙地結合了兩者的優點：采用類似 DRAM 的一個晶體管加一個電容的存儲結構，同時保持了類似 SRAM 的簡單接口。

這種架構設計帶來了顯著的系統級優勢。對于嵌入式開發者而言，PSRAM 可以像 SRAM 一樣直接接入微控制器（MCU）或微處理器（MPU）的地址總線和數據總線，無需額外設計復雜的刷新控制邏輯，大大降低了硬件設計難度和軟件開發復雜度。

在當前市場上，眾多知名廠商都推出了支持 PSRAM 的 MCU 產品。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 帶來了什么？

在嵌入式存儲的技術版圖中，PSRAM 并非孤立存在，而是與 SRAM、DRAM、NAND Flash 等技術形成互補與競爭關系。深入分析 PSRAM 相對于這些技術的優劣勢，有助于理解其市場定位和應用場景。

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。這類存儲器的設計理念圍繞 " 以串行替代并行 " 展開，例如 OPI PSRAM 采用 8 位串行數據線，在 133MHz 時鐘頻率下通過 DDR 模式可達到 2.128Gbps 的理論帶寬，其 24 腳封裝相比傳統 DDR SDRAM 的 40 + 引腳，大幅簡化了電路設計。愛普科技的 APS12808L-OBM-BA 等型號已實現商用，支持 Xccela 模式下的 266MB/s 吞吐量，特別適合物聯網設備和穿戴設備中需要平衡帶寬與體積的場景。

與 OPI PSRAM 形成梯度覆蓋的還有 QPI 和 SPI 類型，前者通過 4 個雙向數據引腳兼容 SPI 協議，在 104MHz 頻率下提供 416Mbps 帶寬；后者則沿用標準 SPI 接口，以 8 腳微型封裝適配成本敏感型應用。這些變體的共同優勢在于擺脫了傳統 DDR SDRAM 對復雜控制器的依賴，例如無需動態刷新機制，直接采用類 SRAM 接口協議，顯著降低了開發門檻。在功耗管理方面，新型 PSRAM 支持 PASR（Partial Array Self Refresh）等智能刷新技術，既能保證數據完整性，又能將待機功耗降低至微安級，這對電池供電的智能語音設備或工業傳感器來說至關重要。

從應用場景來看，這類存儲器正在移動通信、實時控制系統和邊緣計算領域快速替代 DDR。智能手機中的語音協處理器常采用 OPI PSRAM 作為音頻流緩沖區，其讀取延遲比 DRAM 降低約 30%；工業機械臂通過集成 QPI PSRAM 實現運動軌跡數據的即時存取，避免了傳統方案中因 DRAM 刷新周期引發的響應延遲。值得注意的是，盡管 PSRAM 的絕對帶寬尚未達到高端 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 266Mbps），正重新定義嵌入式存儲的設計范式，尤其在 PCB 空間受限但需處理圖像、語音等連續數據流的場景中，展現出獨特的競爭力。這種技術演進本質上是通過接口協議革新和存儲單元優化，在性能、功耗與成本之間尋找更貼合新興市場需求的新平衡點。

然而，PSRAM 也存在固有的技術局限性。作為一種易失性存儲器，PSRAM 在斷電后會丟失所有數據，這使其無法單獨承擔數據持久化存儲的任務，必須與 NAND Flash 等非易失性存儲配合使用。在智能家居控制面板等場景中，通常采用 "PSRAM+NOR Flash" 的組合方案：PSRAM 用于運行實時操作系統和臨時數據緩存，NOR Flash 用于存儲固件和用戶配置信息，這種組合雖然增加了系統復雜度，但平衡了性能與數據安全性。

容量限制是 PSRAM 面臨的另一大挑戰。目前市場上主流的 PSRAM 產品容量多在 32-512Mb 之間，最高端的英飛凌 HYPERRAM 產品容量為 512Mb，這與 LPDDR5 等 DRAM 產品 16Gb 的容量相比存在明顯差距。這種容量瓶頸使其難以應用于需要大規模緩存的場景，如高端車載信息娛樂系統和邊緣計算節點。

國產化突破：從技術跟跑到市場突圍

中國半導體產業的自主可控戰略為 PSRAM 的國產化提供了歷史性機遇。

近日，紫光國芯在 PSRAM 領域的突破具有標志性意義。2025 年 7 月，該公司發布了兼容 Xccela 協議的全系列 PSRAM 產品，容量覆蓋 32Mb、64Mb 和 128Mb，采用 BGA24L 超薄封裝，同時也支持 KGD 產品形式。該系列產品可為物聯網設備、穿戴電子產品和端側 AI 產品打造存儲解決方案。

紫光國芯 PSRAM 芯片尺寸緊湊，支持業界最高速度 400MHz，傳輸速率提升至 1066Mbps，可實現最高 17.06Gb/s 的高帶寬性能，還支持在線動態可配置 X8、X16 模式，適配不同應用的需求。為滿足對長續航的嚴苛需求，紫光國芯 PSRAM 支持包括 Half Sleep 在內的低功耗設計，已上市產品支持 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、動態變壓 0.9V 等超低功耗模式。此外，它還支持從 -40 ℃到 105 ℃的工規級寬溫域的高可靠性。

從產品規劃來看，紫光國芯正以 " 應用驅動創新 " 的邏輯推進技術迭代：除已發布的 128Mb 以下規格，256Mb 新品已進入流片階段，計劃 Q4 量產；在封裝工藝上，后續將推出 CSP（芯片級封裝）方案，進一步適配 TWS 耳機等超微型設備。這一技術布局不僅填補了國內高性能低功耗 PSRAM 的空白，更有望在全球物聯網存儲市場打破日韓企業的長期主導格局。價格方面，32Mb 版本 16 元，128Mb 版本 25 元。

此外，在國產 MCU 陣營中，合封 PSRAM 的產品如下：

兆易創新 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網（AIoT）場景下的高集成度、高性能的系統級（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 RAM 需求較大的客戶。

展望未來，隨著物聯網和人工智能應用的進一步普及，對 MCU 存儲容量的需求還將持續增長。PSRAM 作為一種平衡了成本、性能和易用性的存儲方案，必將獲得更廣泛的應用。通過將 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 MCU 發展的一個重要方向。

對于中國的半導體產業來說，PSRAM 技術的發展既是機遇也是挑戰。一方面，我們看到越來越多的國產 MCU 廠商開始在產品中集成 PSRAM，顯示出強勁的技術追趕勢頭；另一方面，在高端 PSRAM 技術方面，與國際領先企業相比仍有差距。但隨著創新產品不斷涌現，相信國產 MCU 在 PSRAM 應用方面會逐步縮小與國際水平的差距。

總的來說，PSRAM 為 MCU 帶來了更大的存儲空間、更優的成本效益比、更低的功耗以及更簡單的系統設計。這些優勢使得 PSRAM 成為現代 MCU 設計中不可或缺的一環。隨著技術的不斷進步和應用需求的持續增長，我們有理由相信，PSRAM 將在未來的 MCU 設計中發揮更加重要的作用。