本文来自微信公众号“半导体产业纵横”，【作者】鹏程。
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。
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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。
02
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。
03
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。
