記憶體和處理器差在哪？DRAM 和快閃記憶體又差在哪

處理器負責「算」，記憶體負責「記」。處理器也叫邏輯晶片，照著程式一步一步做計算、做判斷；記憶體把程式和資料存著，等處理器來拿。記憶體最常見的有兩種：DRAM 很快，可是一斷電就忘，手機規格上寫的「RAM」就是它；快閃記憶體慢得多，可是斷電還記得，手機的「128GB、256GB」容量就是它。一支手機裡，這三種晶片都有。

處理器和記憶體，怎麼分工？

把處理器想成坐在書桌前做事的你。

• DRAM 是書桌：攤在桌上的東西，伸手就拿得到，可是桌面不大；一關燈（斷電），桌面就清空。
• 快閃記憶體是書櫃：放得多，放著也不會不見，可是要起身去拿，比較慢。

打開一個 App，就像從書櫃拿一本書攤到桌上：程式從快閃記憶體複製到 DRAM，處理器再從 DRAM 一筆一筆拿來算。晶片還有哪些種類，可以先讀「晶片是什麼？」。

處理器為什麼叫「邏輯」晶片？

晶片裡最多的是電晶體，一個用電控制的小開關，通了是 1，斷了是 0（電晶體是什麼？）。幾個開關接在一起，可以做成「兩個都是 1，才出 1」「有一個是 1，就出 1」「進來 1，出去 0」這種小電路，叫邏輯閘。邏輯閘再一層一層組合，就會做加法、比大小、照條件決定下一步。「邏輯」兩個字就從這裡來。電腦和手機的處理器、顯示卡上算圖的晶片，都是邏輯晶片。

處理器身上其實也有一點記憶體，像書桌旁的一張便條紙。它叫 SRAM，記一個 0 或 1 要用六個電晶體，不用刷新、非常快，可是很佔地方，所以只放少少的，記處理器下一刻馬上要用的東西。

DRAM 為什麼斷電就忘？

DRAM 的一格，是一個電晶體加一個電容。電容像一個小杯子，裝了電是 1，空的是 0；電晶體是杯子的門，要讀、要寫才打開。

麻煩是這個杯子會漏，電會慢慢流掉。所以 DRAM 得不停地把每一格讀出來、再裝回去，這叫刷新。照公開的標準，一般溫度下每一格每隔幾十毫秒就要刷一次（有的標準是 64 毫秒，有的是 32 毫秒），等於一秒十幾到三十幾次。DRAM 的 D 是 dynamic（動態），說的就是這件事。一斷電，沒人刷新，資料很快就不見了。手機螢幕關著、東西還留著，DRAM 也得繼續刷新，這也要花一點電。

它的好處是快：讀一筆資料只要幾十奈秒（一奈秒是十億分之一秒）。

快閃記憶體為什麼斷電還記得？

快閃記憶體的一格也是一個電晶體，不過在閘極（控制開關的那道門）和底下的通道之間，多夾了一個專門關電子的地方，四周用絕緣層包得緊緊的，像一個沒有門的小房間。要寫，就加比較高的電壓，把電子硬推過很薄的絕緣層，關進這個小房間。電子出不來，斷了電也還在，一般可以留好幾年。房間裡關了電子，這個開關就變得比較難打開；讀的時候試一下好不好開，就知道是 0 還是 1。

代價是慢。把電子推進推出要時間，而且不能只擦一格，要一次擦掉一整塊。「快閃」這個名字，據說就是因為一次擦掉一大塊，讓人想到相機的閃光燈。光是讀，也要幾十微秒（一微秒是百萬分之一秒），比 DRAM 慢了幾百倍到上千倍；寫和擦更慢。每一格能擦寫的次數也有上限，所以控制電路會把寫入平均分到各格。

新聞常說的 NAND，就是手機和固態硬碟裡這種快閃記憶體；格子串成一串的接法，像一種叫 NAND 的邏輯閘，名字就這樣來。手機規格表常把容量寫成「ROM」，是以前留下來的叫法，裡面其實也是快閃記憶體。

一支手機，為什麼兩種記憶體都要？

因為兩種各缺一樣：

• 快閃記憶體太慢：處理器直接從它拿資料，會一直在等；而且這種快閃記憶體不能讓處理器直接在上面跑程式，要先搬到 DRAM。
• DRAM 會忘，也比較貴：同樣的容量，DRAM 貴得多，又一斷電就清空，不能拿來放照片。

所以照片、App、系統放在快閃記憶體，正在用的那一部分搬到 DRAM。手機的 RAM 通常是幾 GB 到十幾 GB，容量常常大上十倍以上。重新開機之後 App 要從頭開，就是因為 DRAM 清空了，要再從快閃記憶體搬一次。

記憶體晶片和邏輯晶片，做法差在哪？

記憶體晶片：同一種格子，重複排上幾十億個以上。 一顆 DRAM 晶片有幾十億到上百億格，每一格都長一樣，像用同一種磁磚鋪滿一大片地板。比的是每一格能不能再小一點：格子越小，一顆裝得越多，每一位元就越便宜。因為格子都一樣，設計時還會多放幾排備用的；測出哪一排有壞格，就換上備用的那一排，整顆晶片還能用，良率就高一些。

格子越做越小，兩種記憶體各有難處：

• DRAM：杯子變窄了，還是要裝得下夠多的電，只好往上長，做成又高又細的柱子，高度是寬度的幾十倍。
• 快閃記憶體：平面上縮不太下去，就把格子一層一層往上疊，現在已經疊到上百層，再從上面蝕刻出又深又細的洞，穿過一層又一層。

邏輯晶片：線路比較雜，拼的是開關夠不夠快。 處理器裡很大一部分的電路長得各不相同，看不太出重複的圖案；導線也比較複雜，最先進的會疊到十層以上，DRAM 的導線層通常少得多。邏輯晶片最在意電晶體切換得快不快，所以新的電晶體做法常先用在它身上；記憶體更在意每一位元便宜，旁邊控制用的電晶體常常刻意不用最新的做法。

另外，新聞說的「2 奈米」「3 奈米」，講的是邏輯晶片的世代（新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？）；記憶體有自己的算法，DRAM 用自己的一套世代代號，快閃記憶體常用「疊了幾層」來比。AI 晶片旁邊那種特別的記憶體，可以讀「高頻寬記憶體（HBM）」。

在 fab24hr 裡

遊戲裡的研發線、量產廠、封測廠都是虛構的，裡面沒有記憶體廠，也沒有說晶片裡哪一塊在算、哪一塊在記。主線「晶片的一生」跟著的，是一顆虛構的助聽器晶片「螢火」：它要讓一顆鈕扣電池多撐好幾天，所以晶片什麼都不做的時候還在漏的電（漏電），客戶的產品工程師說是這顆晶片最重要的一個數字。第 10 章「待機電流」，你是測試工程師，要決定針測時這個電流的上限畫在哪、寫進測試程式：卡緊，良率掉；放寬，電池撐不久。遊戲裡的公司、晶片、人物和數字都是虛構的；處理器和記憶體怎麼分工、DRAM 和快閃記憶體怎麼記，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。