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DRAM存儲芯片:三雄決戰(zhàn)DDR5

2022-09-14
作者: 許子皓 張依依
來源:中國電子報
關(guān)鍵詞: DRAM DDR5 存儲芯片

  繼DDR5 DRAM成為英特爾“Alder Lake”第12代處理器的標(biāo)準(zhǔn)配置之后,,AMD近日也宣布其7000系列處理器將支持DDR5內(nèi)存,并在9月27日正式上市。AMD表示,,該平臺將不再支持DDR4,,只支持DDR5產(chǎn)品,這無疑將進(jìn)一步擴(kuò)大DDR5內(nèi)存的需求,。

  DDR5似乎只是DRAM激烈市場競爭的一根“導(dǎo)火線”,。圍繞EUV光刻等DRAM領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),三星,、SK海力士和美光始終保持著你追我趕的態(tài)勢,,不斷推動DRAM領(lǐng)域迎來新的發(fā)展潮流。毫無疑問,,這三家DRAM領(lǐng)先廠商圍繞DDR5的競爭正在展開,。

  三星奪取DDR5內(nèi)存芯片新陣地

  存儲芯片市場各細(xì)分領(lǐng)域占比情況

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  來源:中商產(chǎn)業(yè)研究院

  在DRAM這個重要的存儲芯片細(xì)分領(lǐng)域,三星,、SK海力士和美光是當(dāng)之無愧的佼佼者,。研究機(jī)構(gòu)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示,2021年三大廠商共占據(jù)DRAM市場94%的份額,。具體來說,,三星作為DRAM市場的第一大企業(yè),,坐擁43%的市場份額,;三星的“韓國同胞”SK海力士則占據(jù)28%的市場份額;美光強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢同樣引人注目,,目前占據(jù)23%的DRAM市場份額,。

  2021年三大DRAM廠商所占市場份額

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  來源:IC Insights

  DDR5作為一種正在開發(fā)的高帶寬電腦存儲器規(guī)格,目前在DRAM市場受到的關(guān)注度越來越高,,或許會成為三家廠商提升自身市場競爭力的關(guān)鍵點之一,。據(jù)了解,與DDR4相比,,DDR5將提供兩倍以上的有效帶寬,,有助于緩解每個核心的帶寬緊縮,進(jìn)一步推動CPU內(nèi)核數(shù)量的增加,,使計算能力逐年提高,。

  事實上,三大廠商在2021年下半年就陸續(xù)宣布量產(chǎn)DDR5產(chǎn)品,。三星作為DRAM市場中市占率第一的廠商,,自然不會錯過這一發(fā)展機(jī)會。

  2021年,,面向DDR5模塊,,三星選擇幫助數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務(wù)器和PC應(yīng)用程序充分利用DDR5性能,以完成高要求,、高內(nèi)存密集型任務(wù),。2021年5月18日,三星宣布推出集成能源管理電路(PMIC)——S2FPD01,、S2FPD02和S2FPC01,,用于DDR5雙列直插式存儲模塊(DIMM)。

  現(xiàn)階段,,三星正在與AMD共同研發(fā)單條容量達(dá)512GB,、甚至1TB的DDR5內(nèi)存產(chǎn)品。記者了解到,,三星在與AMD的探討中,,找到了DDR5 DRAM的研發(fā)新方向,能夠?qū)?nèi)存核心容量提高到32Gb,,將堆棧層數(shù)提升至8H,,多種技術(shù)之下可以實現(xiàn)32Gb、3DS,、8H堆棧,,內(nèi)存單條容量可提升到512GB甚至1TB,這也意味著系統(tǒng)內(nèi)存容量可提升至32TB,。

  三星電子TSP(測試和系統(tǒng)封裝)副總裁Younggwan Ko此前表示,,隨著存儲半導(dǎo)體變得更強(qiáng)大,封裝技術(shù)必須與存儲半導(dǎo)體一起發(fā)展,。三星的競爭對手已經(jīng)將MSAP封裝技術(shù)用于DDR5內(nèi)存,,而三星正在努力將這種封裝技術(shù)用于DDR6。三星預(yù)計DDR6設(shè)計會在2024年完成,。

  在奪取DDR5內(nèi)存芯片新陣地的過程中,,三星同樣沒有忽視當(dāng)前DRAM市場的“兵家必爭之地”——極紫外(EUV)光刻技術(shù)的應(yīng)用。

  公開資料顯示,,EUV制程采用波長為10-14nm的極紫外光作為光源的光刻,,蝕刻的各向異性明顯改善,能夠使集成電路的分辨率和良率得到極大提升,,將大幅提高DRAM產(chǎn)能和良率,,并降低DRAM生產(chǎn)成本。

  2020年3月,,三星率先使用EUV光刻技術(shù),,同年10月便開始批量生產(chǎn)基于EUV的14nm DRAM。在此過程中,,三星將其最先進(jìn)的14nm DDR5上的EUV層數(shù)從兩層增加到了五層DRAM工藝,。

  三星對于EUV光刻的追逐還在繼續(xù),。2021年11月,三星表示,,其已經(jīng)應(yīng)用EUV技術(shù)開發(fā)了14nm 16Gb低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率5X (LPDDR5X) DRAM,,專門用于5G、人工智能,、機(jī)器學(xué)習(xí)和其他大數(shù)據(jù)終端應(yīng)用等高速率應(yīng)用,。今年2月,三星官方表示其基于EUV光刻技術(shù)的1z-nm工藝的DRAM已完成了量產(chǎn),。

  三星目前還在規(guī)劃長遠(yuǎn)產(chǎn)能建置,,希望通過擴(kuò)大產(chǎn)能的方式靜待新一輪市場周期上行,為自身后續(xù)發(fā)展蓄能,。

  近期,,三星計劃在韓國京畿道平澤市再建3條產(chǎn)線??紤]到每個半導(dǎo)體工廠約需30萬億韓元以上投資,,三星電子將為該計劃共投入100萬億韓元(約740億美元)資金。

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  EUV光刻或是SK海力士競爭籌碼

  三星的“韓國同胞”也是其最大的競爭者——SK 海力士在DRAM市場占據(jù)28%的市場份額,,對于DDR5同樣勢在必得,。單從時間節(jié)點來看,SK海力士在DDR5市場先聲奪人,,于2021年10月推出了全球首款DDR5產(chǎn)品,,發(fā)布產(chǎn)品的時間節(jié)點略微領(lǐng)先其他兩家廠商。

  近期,,SK 海力士宣布,,已經(jīng)開發(fā)出了首款基于DDR5 DRAM的CXL存儲器樣品。SK 海力士方面表示,,基于PCIe的CXL是為了高效使用CPU、GPU,、加速器,、存儲器等而開發(fā)的全新規(guī)范化接口。SK 海力士開發(fā)的首款CXL存儲器是采用最新技術(shù)節(jié)點1anm DDR5 24Gb的96GB產(chǎn)品,。SK海力士預(yù)計將在近期的全球性半導(dǎo)體活動中推出實物產(chǎn)品,,明年開始批量生產(chǎn)。

  對于SK海力士而言,,EUV光刻也是重要的競爭籌碼,。此前,DRAM生產(chǎn)大多不需要先進(jìn)工藝去完成,,而是采用成熟的制程節(jié)點,,涉及的元器件數(shù)量較少,。三星作為第一個“吃螃蟹的人”,讓DRAM的技術(shù)進(jìn)入了新紀(jì)元,,SK海力士作為三星的勁敵,,自然不會落后,在2021年2月完成了首個用于DRAM的EUV晶圓廠M16,,正式引入了EUV光刻設(shè)備,。2021年7月,SK海力士宣布量產(chǎn)了1a nm工藝的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM,。9月1日消息,,SK海力士將與JSR聯(lián)合研制DRAM EUV光刻膠,以推動實現(xiàn)EUV用金屬氧化物PR的應(yīng)用,,確保自身內(nèi)存技術(shù)領(lǐng)先,。

  “存儲器產(chǎn)品工藝制程不斷演進(jìn),已經(jīng)進(jìn)入10nm級階段,。隨著產(chǎn)品對性能,、功耗等要求的提升,技術(shù)演進(jìn)將需要借助EUV光刻機(jī)來進(jìn)行探索,?!辟惖项檰柤呻娐犯呒壏治鰩煑羁倢τ浾哒f。

  在產(chǎn)能擴(kuò)張方面,,SK海力士目前正基本按照計劃推進(jìn),。今年支出約21萬億韓元以建設(shè)DRAM和NAND產(chǎn)能。9月6日,,記者從SK海力士方面了解到,,SK海力士將在韓國忠北清州市建設(shè)新半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠M15X。據(jù)悉,,M15X將于今年10月動工,,預(yù)計2025年初竣工,決定在今后5年內(nèi)投資約15萬億韓元,。對此,,SK海力士副會長樸正浩表示,M15X的開建將成為公司奠定未來成長基礎(chǔ)的第一步,。

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  美光在DRAM先進(jìn)制程研發(fā)方面表現(xiàn)強(qiáng)勁

  除“韓國雙雄”之外,,美光強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢同樣引人注目,目前美光占據(jù)23%的DRAM市場份額,。

  隨著DRAM相關(guān)技術(shù)愈發(fā)成熟,,美光在DRAM先進(jìn)技術(shù)研發(fā)方面的市場表現(xiàn)同樣可圈可點。記者從美光方面了解到,,美光于2021年就宣布批量出貨基于1α(1-alpha)節(jié)點的DRAM產(chǎn)品,,該制程在密度,、功耗和性能等各方面均有較大突破。美光技術(shù)與產(chǎn)品執(zhí)行副總裁Scott DeBoer稱:“對比上一代1z DRAM 制程,,1α 技術(shù)將內(nèi)存密度提升了40%,。”

  近期,,美光在DDR5產(chǎn)品的研發(fā)方面也展現(xiàn)出可喜進(jìn)展,。記者了解到,美光科技CEO Sanjay Merotra在8月29日宣布,,將向企業(yè)銷售服務(wù)器用DDR5 DRAM,。

  據(jù)美光方面介紹,其DDR5產(chǎn)品傳輸速率可達(dá)4800MT/s,,比現(xiàn)有DDR4快約1.87倍,,系統(tǒng)性能提升高達(dá)85%。與DDR4相比,,CPU運算性能有所提高,,人工智能、高性能計算等性能也可以最大化,。

  比起三星和SK海力士,,美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚?;蛟S是三星和SK海力士對于EUV光刻的追逐給美光帶來了一定壓力,,美光如今也將EUV光刻技術(shù)用于DRAM發(fā)展。據(jù)了解,,美光計劃從2024年開始,,將EUV納入DRAM開發(fā)路線圖。今年5月26日,,美光表示,,將在中國臺灣中科新廠啟用后,導(dǎo)入最先進(jìn)的EUV設(shè)備生產(chǎn)1α nm DRAM制程,。

  美光在增加產(chǎn)能方面同樣采取了相應(yīng)舉措,。9月1日,美光科技宣布,,計劃于2030年之前投資150億美元,在美國愛達(dá)荷州博伊西(Boise)建造一座新的尖端存儲器制造廠,。

  存儲器產(chǎn)品屬于大宗集成電路通用產(chǎn)品,,標(biāo)準(zhǔn)性較高,重復(fù)性生產(chǎn)比例高,。TrendForce集邦咨詢分析師吳雅婷表示,,因為制程改進(jìn)能造就的供給端位元增長空間有限,,所以三大原廠可事先備好新工廠的建置。

  DDR5作為DRAM的新一代產(chǎn)品,,各家新產(chǎn)品在速率,、效能等各方面相較于DDR4都有明顯提升。但芯謀研究高級分析師張彬磊認(rèn)為,,盡管三星,、海力士、美光都已經(jīng)推出了DDR5的產(chǎn)品來搶占市場,,但還無法對當(dāng)前的DRAM市場格局造成影響,,目前在服務(wù)器、電腦用內(nèi)存市場上,,大部分的產(chǎn)品是2013年上市的DDR4,,2021年,DDR4的市場占有率達(dá)90%,。

  吳雅婷十分看好DDR5的發(fā)展,。在她看來,隨著時間的推移,,預(yù)計自2023年起,,服務(wù)器端將逐步導(dǎo)入DDR5,DDR5有望取代DDR4,,DDR5 DRAM將迎來快速普及期,,成為市場中供給/采用的主流產(chǎn)品。

  楊俊剛同樣相信,,在產(chǎn)品單價,、產(chǎn)能達(dá)到需求,英特爾和AMD等廠商的積極應(yīng)用推動下,,DDR5將會取代DDR4成為DRAM的主流產(chǎn)品,,三家企業(yè)在DDR5 DRAM領(lǐng)域的競爭將會變得更加激烈。


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