偽SRAM（PSRAM）是什麼？從特性、應用到 FeRAM 替代可能性的完整解析

本文將針對 偽 SRAM（Pseudo SRAM，PSRAM） 的運作機制與技術特性進行說明，並比較其與 SRAM 的差異，從實際應用場景、設計時的注意事項，一直到 FeRAM 是否可作為 PSRAM 的替代方案，以設計工程師的視角進行深入且易懂的解析。

偽SRAM 的基礎概念與技術概要

什麼是 PSRAM？— DRAM Cell 結合 SRAM 介面

偽 SRAM（Pseudo SRAM，PSRAM） 是一種在內部採用 DRAM Cell，但在外部介面與存取方式上，設計成與 SRAM 幾乎相同的揮發性記憶體。

與 SRAM 相比，PSRAM 每個 Cell 所需的電晶體數量較少，因此在 成本與晶片面積效率 上更具優勢。同時，PSRAM 內部整合了 自動 Refresh 電路，使設計者在使用上可像 SRAM 一樣直接存取，而無需額外處理 Refresh 控制。

這樣的架構特別適合應用於 MCU 與 SoC 設計中，能在維持一定高速存取能力的同時，兼顧低成本與較高的記憶體密度。
雖然其存取速度略遜於真正的 SRAM，但仍明顯快於一般 DRAM，因此常被用於 快取用途或暫存資料區。

1T-SRAM／PSRAM 的 Cell 結構與 Refresh 隱蔽技術

1T-SRAM 是偽 SRAM 的一種實作形式，雖然內部使用 1 個電晶體＋電容（DRAM 結構），但透過專用的 Cell 管理電路與 Refresh 隱蔽（Refresh Hiding）邏輯，在外部行為上可完全模擬 SRAM。

一般 DRAM 在 Refresh 期間會限制存取，但 1T-SRAM 會在背景自動執行 Refresh，使系統幾乎感受不到延遲。
此機制由專用控制器電路負責，不會對 CPU 或主系統增加額外軟體負擔。

這樣的設計使 PSRAM 能在 低功耗、高整合度 的前提下，提供接近 SRAM 的使用體驗，因此在 行動裝置、遊戲機等同時要求效能與省電的產品中，已有實際採用案例。

PSRAM 與 SRAM 的差異、優點與缺點

雖然 PSRAM 與 SRAM 在介面層級具有高度相容性，但其 內部結構存在明顯差異。

• SRAM
  採用 6T（6 個電晶體）結構，可在 Cell 層級直接保存資料，具備高速且不需要 Refresh 的特性。
• PSRAM（偽 SRAM）
  透過在 DRAM Cell 中加入 Refresh 電路與控制邏輯，以降低成本與晶片面積。

PSRAM 的主要優點包括：

1. 可實現 高整合密度
2. 功耗較低
3. 使用方式接近 SRAM，設計友善

相對的缺點則包括：

1. Refresh 可能導致 極小的延遲
2. 存取速度 略低於真正的 SRAM
3. 長時間待機時，仍存在資料揮發風險

因此，在實際應用中，依用途正確選擇 PSRAM 或 SRAM 是設計工程師的重要課題。

應用場景與實際採用案例

SoC／嵌入式系統中的 PSRAM 應用案例

偽 SRAM（PSRAM） 常被應用於 行動裝置與嵌入式 MCU 中，作為快取記憶體或大容量資料的暫存空間。

在整合 Wi-Fi、Bluetooth 等通訊功能的處理器中，透過外接 PSRAM，可在不大幅增加成本的情況下，靈活擴充記憶體容量。
這對於 高解析影像處理、音訊處理 等高記憶體負載應用尤其重要。

由於 PSRAM 內建 Refresh 控制，不需要軟體層級的 Refresh 管理，能有效簡化系統設計，這也是其被廣泛採用的原因之一。

各產業的 PSRAM 產品應用（HYPERRAM 類型與通用 PSRAM）

PSRAM 依照不同應用需求，發展出多種產品類型與介面設計。
例如，部分 PSRAM 採用 低 Pin 數的序列介面，有助於縮小 PCB 面積，適合空間受限的裝置。

另一方面，針對高速資料傳輸需求，亦有 平行匯流排或擴充匯流排型 PSRAM，被應用於即時處理或影像輸出等場景。

這些 PSRAM 產品多具備 低電壓運作與待機省電模式，與對省電要求嚴格的終端設備具有高度相容性。

歷史性的開發知見（早期 PSRAM 的技術演進）

偽 SRAM 的核心概念早在 1980 年代 即已開始研究。
當時的設計目標，是在採用 DRAM Cell 的同時，實現 無需外部控制的自律式 Refresh 電路，以取代高成本的 SRAM。

這些早期技術被應用於小型電腦與控制裝置中，並對今日 PSRAM 的 Cell 結構與運作模式設計 產生深遠影響。

即使在今日，外部非依賴型 Refresh 控制 與 維持高速存取行為，仍是 PSRAM 技術設計的核心思想。

設計工程師必須掌握的設計考量重點

存取速度、功耗與整體耗電表現的評估與取捨

在將 偽 SRAM（PSRAM） 導入系統設計時，需要同時評估 存取速度、工作電流以及待機功耗 等多項性能指標之間的取捨關係。

一般而言，PSRAM 的存取延遲 略高於真正的 SRAM，但由於其 Cell 結構較為簡化，因此在 待機狀態下的功耗 以及 運作時的平均電流 往往能有效降低。
在強調低功耗運作的應用場景中，這項特性具有明顯優勢；然而，若系統對極高速存取有嚴格要求，則需審慎評估 PSRAM 與應用需求的匹配程度。

此外，Refresh 動作期間可能產生的短暫延遲或時序抖動，亦應納入整體效能評估範圍。

腳位數量、介面限制與實際設計時的注意事項

PSRAM 的 介面類型，會對腳位數量與電路板佈線設計產生顯著影響。
例如，平行介面型 PSRAM 需要獨立配置位址匯流排與資料匯流排，因此腳位數較多，PCB 設計負擔也相對提高。

相對地，序列介面或特殊同步匯流排型 PSRAM，可大幅減少腳位數量，提升電路板空間利用率與佈線自由度。
不過，序列型產品在某些情況下，可能會受到 資料傳輸速度上限 的限制，因此必須在 傳輸效能與電路規模 之間取得平衡。

同時，時序裕量（Timing Margin）與電源雜訊耐受性 也應在設計初期進行充分驗證，以確保系統穩定性。

成本與整合密度比較：SRAM、DRAM 與 PSRAM 的差異

在記憶體選型時，成本與整合密度 是不可忽視的重要評估軸。

• SRAM
  採用 6T（六電晶體）結構，具備高速且穩定的特性，但 Cell 面積較大，導致 單位容量成本偏高。
• DRAM
  使用 1T＋電容 的 Cell 結構，可實現高密度，但需要額外的控制電路與 Refresh 機制。
• PSRAM（偽 SRAM）
  位於 SRAM 與 DRAM 之間，透過採用 DRAM Cell 並提供 SRAM 相容介面，在 成本、整合密度與設計便利性 之間取得平衡。

因此，PSRAM 特別適合 中容量等級的記憶體應用，對於同時受到面積限制與成本要求的產品設計而言，是一個實用的選項。

FeRAM 是否能成為 PSRAM 的替代方案？— 技術與應用層面的觀察

FeRAM（鐵電 RAM） 是一種在斷電後仍可保存資料的 非揮發性記憶體，近年來被視為 SRAM 與 PSRAM 的潛在替代選項。

部分 FeRAM 產品提供 與 SRAM 相容的介面，且不需要 Refresh，即可實現 極低待機功耗 與 高速寫入特性。
不過，由於 FeRAM 的 Cell 結構較為特殊，在 大容量擴展 方面仍存在技術限制，且寫入次數雖然極高，但並非理論上的無限次。

隨著近年的技術進展，FeRAM 的存取速度已逐漸接近 SRAM，與 PSRAM 在 高速性與低功耗特性 上有不少共通點；然而，在成本層面，作為全面替代方案仍需滿足特定條件。

因此，較為現實的設計方式，是根據應用需求，將 FeRAM 作為輔助記憶體或快取用途，與 PSRAM 搭配使用。

總結

發揮 PSRAM 優勢的最佳應用情境

偽 SRAM（PSRAM） 結合了 DRAM Cell 與內建 Refresh 電路，對外則能以 SRAM 相同的方式存取。
相較於 SRAM，其 Cell 密度更高、成本效率更佳，同時又能避免設計者處理 Refresh 控制的複雜性。

因此，PSRAM 特別適合應用於 行動裝置、控制系統等，在需要兼顧 一定存取速度與中等容量，且受限於面積與功耗條件的產品設計中。

未來技術趨勢與市場展望（2025–2032）

未來記憶體市場仍將圍繞著 高速、低功耗與高整合度 這三大核心需求發展，而 PSRAM 預期將以「中庸且實用的選擇」持續存在。

不過，隨著 FeRAM 等非揮發性記憶體 的普及，以及低功耗 DRAM 技術的進步，PSRAM 的應用範圍可能會逐步朝向更明確的利基市場重新定義。

在 Edge AI 與次世代感測器 領域中，依用途最佳化的記憶體架構將成為主流，而 PSRAM 在 設計簡易性與容量平衡 上，仍將佔有一席之地。

給設計工程師的下一步建議與參考資源

在系統設計階段，建議工程師針對 SRAM、DRAM、PSRAM 與 FeRAM 等記憶體技術，從 Cell 結構、功耗特性、存取效能與供應穩定性 等面向進行比較評估。

此外，透過查閱 PSRAM 的 Datasheet 與 Application Note、蒐集最新的非揮發性記憶體技術報告，也有助於實際設計決策。
特別是 FeRAM 在 高速寫入與高耐久性 方面的特性，對理解其與 PSRAM 的功能差異具有重要參考價值。