韓國存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)要繼續(xù)領(lǐng)先？盤點(diǎn)存儲(chǔ)芯片兩大巨頭新動(dòng)作
三星在去年 12 月宣布開發(fā) 16Gb 的 DDR5 DRAM 之后，于今天宣布已大規(guī)模量產(chǎn) 12 納米工藝的 DDR5 DRAM。
存儲(chǔ)芯片行業(yè)當(dāng)前正處于低谷期，三星通過量產(chǎn) 12nm 的 DRAM，希望進(jìn)一步鞏固其在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
與上一代相比，新芯片的功耗降低了 23%，而晶圓生產(chǎn)率提高了 20%，這意味著芯片尺寸比上一代更小，單個(gè)晶圓可以多生產(chǎn) 20% 的芯片。
三星表示 16Gb DDR5 DRAM 降低的功耗將使服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商能夠減少能源消耗和碳足跡。該芯片還具有 7.2Gbps 的最大速度，這意味著它可以在大約一秒鐘內(nèi)處理 60GB，滿足數(shù)據(jù)中心，AI 和新的計(jì)算應(yīng)用需求。12nm 節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)要?dú)w功于三星使用了一種新型高 k 材料，該材料能讓芯片準(zhǔn)確區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的差異。
存儲(chǔ)芯片市場逐漸恢復(fù)
據(jù)臺(tái)媒《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，存儲(chǔ)芯片大廠鈺創(chuàng)科技的董事長盧超群5月16日表示，在減產(chǎn)的背景下，目前來看今年2季度公司運(yùn)營表現(xiàn)將優(yōu)于1季度，2023年下半年也將比上半年好。以鈺創(chuàng)的利基型DRAM來說，已經(jīng)有50%的客戶需求恢復(fù)過來了，期望年底可以恢復(fù)到100%。
盧超群指出，在2022年Q2，DRAM廠商量產(chǎn)了很多產(chǎn)品，不過隨著疫情逐漸緩解，再加上世界范圍存在戰(zhàn)爭、經(jīng)濟(jì)不佳的影響，廠商庫存開始增加，到現(xiàn)在為止，消費(fèi)力依舊沒有回來，但庫存水平開始縮減。他還表示，雖然不敢說市場情況確定反轉(zhuǎn)，但2季度業(yè)績有望優(yōu)于1季度，2023下半年情況預(yù)計(jì)會(huì)更好。
盧超群對(duì)未來的利基型DRAM市場表示看好，他表示到2024年，整體應(yīng)用層面，包括高速運(yùn)算、機(jī)器人、AR、VR以及智慧城市等需求，都會(huì)凸顯出來，所以2024年是關(guān)鍵的一年。
韓國存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)“乘勝追擊”
近年來，隨著中國等國家在存儲(chǔ)領(lǐng)域的崛起，韓國存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的地位已經(jīng)不再穩(wěn)固。因此，韓國存儲(chǔ)企業(yè)需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品競爭力，才能在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。
韓國近日公布了首份芯片產(chǎn)業(yè)研發(fā)藍(lán)圖，該藍(lán)圖中其中很重要的一個(gè)規(guī)劃是開發(fā)下一代存儲(chǔ)芯片，涉及下一代芯片器件、鐵電RAM、磁RAM、相變RAM和ReRAM，或電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
三星和SK海力士作為韓國的兩大關(guān)鍵性支柱，都投入了大量資金來研究RRAM、PCM、MRAM等新型的內(nèi)存技術(shù)。
在新型存儲(chǔ)領(lǐng)域，三星正在追逐MRAM。在IEDM 2022上，三星介紹了其在MRAM上的進(jìn)展。三星研究人員介紹了有關(guān) 28 納米嵌入式磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (MRAM) 技術(shù)的信息。該器件的寫入能量僅為 25 pJ/bit，有效功率要求為 14mW（讀取）和 27mW（寫入），數(shù)據(jù)速率為 54 MB/s。該器件封裝為 30 平方毫米，容量為 16Mb，耐用性非常高（>1 個(gè) E14 周期）。摘要稱，將 MTJ 縮小到 14 納米 FinFET 節(jié)點(diǎn)后，面積縮小提高了 33%，讀取時(shí)間加快了 2.6 倍。三星正在將 MRAM 視為 AI 和其他需要大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序的低泄漏工作存儲(chǔ)器（高速緩存）。三星的研究人員聲稱，他們開發(fā)的這個(gè)產(chǎn)品是有史以來最小、最節(jié)能的非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
與此同時(shí)，三星還在存內(nèi)計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行了深度的探索。2022年1月，三星的研究團(tuán)隊(duì)在自然雜志上發(fā)表了“用于內(nèi)存計(jì)算的磁阻存儲(chǔ)設(shè)備交叉陣列”的論文。該論文中指出，他們成功地開發(fā)了一種MRAM陣列芯片，該芯片通過用一種新的“電阻和”內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)取代標(biāo)準(zhǔn)的“電流和”內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)來演示內(nèi)存計(jì)算，該架構(gòu)解決了單個(gè)MRAM設(shè)備的小電阻問題。根據(jù)這家韓國跨國公司研究團(tuán)隊(duì)提供的數(shù)據(jù)，通過評(píng)估其在人工智能計(jì)算中的性能，該內(nèi)存成功通過了測試，在分類手動(dòng)輸入數(shù)字時(shí)達(dá)到了 98% 的準(zhǔn)確率，在不同場景中檢測人臉時(shí)達(dá)到了 93% 的準(zhǔn)確率。通過將MRAM(已經(jīng)在系統(tǒng)半導(dǎo)體制造中實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的存儲(chǔ)器)引入內(nèi)存計(jì)算領(lǐng)域，這項(xiàng)工作擴(kuò)展了下一代低功耗人工智能芯片技術(shù)的前沿。
而SK海力士則青睞于鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）和相變存儲(chǔ)器（PCM）。
早在2000年，還是現(xiàn)代電子的SK海力士就開發(fā)出了新型鐵電RAM；2001年，SK海力士又開發(fā)出了1M FeRAM，它采用0.35微米工藝技術(shù)，以100ns（1ns = 1/ 10 億秒）的速度在 3V 至 5V 范圍內(nèi)運(yùn)行；2003年，SK海力士推出全球首款商用兆級(jí) FeRAM，F(xiàn)eRAM樣品采用4Mb和8Mb密度，采用海力士先進(jìn)的0.25um工藝技術(shù)制造，工作電壓為3.0伏，數(shù)據(jù)訪問時(shí)間為70納秒，能夠進(jìn)行1000億次讀/寫重復(fù)。這是一個(gè)重要的行業(yè)里程碑。
SK海力士還在探索將鐵電材料應(yīng)用于傳統(tǒng)的3D NAND架構(gòu)，隨著3D NAND設(shè)法通過堆疊更多層來繼續(xù)提高位密度，它面臨著具有挑戰(zhàn)性的工藝復(fù)雜性，例如高縱橫比接觸蝕刻和薄膜應(yīng)力控制，由單元接近所引起的設(shè)備性能下降也是一個(gè)問題。SK海力士正在通過探索堆疊高度縮放、新材料和新的3D NAND單元架構(gòu)來解決這些障礙。在IMW 2022上，SK海力士使用傳統(tǒng)的3D NAND制造工藝展示了具有多級(jí)功能的3D鐵電NAND器件。
在相變存儲(chǔ)器領(lǐng)域的研究上，SK海力士早在2012年就開始與IBM合作開發(fā) PRAM。2021年，SK海力士宣布，該公司已將PUC(Peri Under Cell) 技術(shù)和指定算法應(yīng)用于其 PRAM，滿足其在性能和成本上被歸類為存儲(chǔ)類內(nèi)存的要求。PUC技術(shù)是將外圍電路放在單元下方的單元上，以減小芯片尺寸并提高生產(chǎn)率。SK海力士表示，與10納米以下的存儲(chǔ)器相比，PRAM在縮放方面的限制更少。它也是無定形的，因此很容易以3D方式堆疊。PRAM結(jié)合了DRAM和NAND閃存的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。
SK海力士的革命技術(shù)中心 (RTC) 一直在研究內(nèi)存中的模擬計(jì)算（ACIM），SK海力士認(rèn)為存內(nèi)計(jì)算可能會(huì)同時(shí)為計(jì)算和內(nèi)存帶來價(jià)值。他們已經(jīng)成功展示了16級(jí)基于RRAM的突觸單元平臺(tái)，這些平臺(tái)具有良好的設(shè)置/重置特性，并能嵌入到 CMOS 技術(shù)中。
