DRAM制程失速，全球存儲市場在競爭什么？
不過最近ChatGPT在全球范圍內掀起了一股熱潮，這款人工智能工具在推出后，受到了不少人的關注。英偉達創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛先生在近期的演講中表示，ChatGPT是人工智能領域的iPhone時刻，也是計算領域有史以來最偉大的技術之一。
事實上，ChatGPT的出現似乎給存儲器制造商帶來了轉機。據Business Korea報道，今年年初以來，三星和SK海力士的HBM訂單量激增，價格也水漲船高，給低迷的DRAM市場注入了一絲活力。
DRAM縮放速度放緩
對DRAM芯片來說，隨著晶體管尺寸越來越小，芯片上集成的晶體管就越多，也就代表一片芯片能實現更高的內存容量。
從DRAM三巨頭工藝尺寸的發(fā)展歷程來看，三星、SK海力士、美光在2016-2017年進入1X(16nm-19nm)階段，2018-2019年為1Y(14nm-16nm)，2020年處于1Z(12nm-14nm)時代。后續(xù)，行業(yè)廠商朝著1α、1β、1γ等技術階段繼續(xù)邁進。
目前，各大廠家繼續(xù)向10nm逼近，目前最新的1α節(jié)點仍處于10+nm階段。
2022年10月，三星在Samsung Foundry Forum 2022活動上公布DRAM技術路線圖，預計2023年進入1β工藝階段，即第五代10nm級別DRAM產品。同年12月，三星開發(fā)出首款采用12nm級工藝技術打造的16Gb DDR5 DRAM。
2022年11月，美光將1β DRAM產品送往客戶的產品驗證流水線，率先進入了1β節(jié)點，這意味著將DRAM芯片的晶體管工藝又向精密處推進一步，來到了10納米級別的第五代。且正在對下一代1γ工藝進行初步的研發(fā)設計。
DRAM工藝制程演進至10+nm，繼續(xù)向10nm逼近。
近日，TechInsights高級技術研究員Jeongdong Choe博士在一場內存網絡研討會中表示，DRAM單元縮小到10nm的設計規(guī)則 (D/R) 一直在進行中。主要的DRAM廠商一直在開發(fā)下一代，這意味著DRAM單元D/R可能會進一步縮小到個位數納米時代。
然而，從DDR1到DDR5的演變來看，DDR的能耗越來越低，傳輸速度越來越快、存儲容量也越來越大；而從制程工藝的進展來看，早前產品的更新時間大致在3到5年更新一代。在步入20nm以內的制程后，DRAM在制程上的突破進展呈現放緩趨勢。
尤其是隨著10nm制程的臨近，使其在晶圓上定義電路圖案已經接近基本物理定律的極限。由于工藝完整性、成本、單元泄漏、電容、刷新管理和傳感裕度等方面的挑戰(zhàn)，DRAM存儲單元的縮放正在放緩。
此外，從當前技術看，6F2 DRAM單元是存儲行業(yè)的設計主流，cell由1T+1C(1晶體管+1電容)構成——這種DRAM單元結構將在未來幾代產品上延續(xù)。但如果存儲廠商保持6F2 DRAM單元設計以及1T+1C結構，2027年或2028年10nm D/R將是DRAM的最后一個節(jié)點。
先進制程競賽持續(xù)
DRAM是半導體存儲器的大宗產品之一，經過幾十年的大浪淘沙，英特爾、東芝、松下、德州儀器、IBM、Motorola等曾經的強者退出DRAM江湖，如今DRAM市場形成了三足鼎立的格局，主要由三星、SK海力士、美光三大巨頭所領導。
據TrendForce集邦咨詢2022年11月16日研究顯示，截止2022年第三季度，在DRAM市場中，三星份額為40.7%，仍占據全球第一，SK海力士為28.8%，排位第二，美光為26.4%，居第三。
在DRAM先進制程競賽道上，存儲大廠為搶占技術先機，也是一刻也不停緩。
美光方面，2022年11月初，美光已經將1β DRAM（第五代10nm級別DRAM）產品送往了客戶的產品驗證流水線，這也意味著10納米級別的芯片工藝已經來到了第五代。相較于1α（alpha），1β（beta）在16G bit的容量下，能效提高約15%、內存密度提升35%以上。
同年11月中旬，美光尖端存儲器1β DRAM在日本廣島量產。美光日本廣島工廠一直致力于尖端技術產品DRAM的生產，目前，該廠投產制程主要為1Z納米（占比50%以上）和1Y納米（占比約35%）。
美光DRAM制程已經實現了1Xnm、1Ynm、1Znm、1α四個節(jié)點，并率先進入了1β節(jié)點。據悉，美光正在對下一代1γ（gamma）工藝進行初步的研發(fā)設計。
三星方面，2022年10月，三星在Samsung Foundry Forum 2022活動上公布DRAM技術路線圖。根據路線圖，三星預計，2023年進入1b nm工藝階段，即第五代10nm級別DRAM產品，芯片容量將達到 24Gb（3GB）- 32Gb（4GB），原生速度將在6.4-7.2Gbp之間。
同年12月，三星開發(fā)出首款采用12nm級工藝技術打造的16Gb DDR5 DRAM，并與AMD一起完成了兼容性方面的產品評估。
自此來看，業(yè)界表示，10納米級別的DRAM制程經過了依次為1X（16nm-19nm）、1Y（（14nm-16nm））、1Z（12nm-14nm）、1α（約13nm），目前來到1β（10-12nm）、1γ（約10nm，1β的增強版）的節(jié)點。
對DRAM芯片來說，隨著晶體管尺寸越來越小，芯片上集中的晶體管就越多，也就是說一片芯片能實現更高的內存容量。
而從產品價格上看，去年以來，DRAM價格持續(xù)下跌。據TrendForce集邦咨詢1月9日研究指出，由于消費需求疲弱，存儲器賣方庫存壓力持續(xù)，僅三星（Samsung）在競價策略下庫存略降。為避免DRAM產品再大幅跌價，諸如美光（Micron）等多家供應商已開始積極減產，預估2023年第一季DRAM價格跌幅可因此收斂至13~18%，但仍不見下行周期的終點。
寫在最后
面對DRAM市場的蕭條，行業(yè)廠商唯有持續(xù)研發(fā)推出1β、1γ...或更先進制程的DRAM產品，以創(chuàng)新技術在逆境中站穩(wěn)腳跟。
除了上述提到的High-k介電材料、HKMG、柱狀電容器、EUV技術及3D DRAM之外，研究者們也開始在鐵電材料電容器、無電容DRAM等方面下功夫，試圖借此解決DRAM芯片當前的難題。
總體而言，無論是哪種方法均遵循著兩種路徑，要么是在先進制程上下功夫，要么是在先進封裝上苦心鉆研。兩條路徑相輔相成，缺一不可。
