振華航空芯知識:DRAM,新競賽
發(fā)布時間:2024/10/29
三星電子和SK海力士等韓國最大的兩家半導體公司正在關注下一代刻蝕技術“低溫”。最初,該技術是針對高堆棧 NAND 開發(fā)的,但最近發(fā)現(xiàn)正在進行測試,以將其應用于下一代 DRAM。 據(jù)業(yè)內(nèi)人士28日消息,三星電子、SK海力士等韓國主要存儲器企業(yè)已開始準備將低溫刻蝕技術應用于DRAM。 蝕刻是半導體制造工藝的關鍵要素,是去除晶圓上不必要的材料部分的工藝。廣泛應用于存儲器和系統(tǒng)半導體領域。 特別是,低溫蝕刻技術最近引起了半導體行業(yè)的關注。低溫蝕刻是一種在高達-60°C至-70°C的環(huán)境下進行蝕刻過程的技術?,F(xiàn)有的蝕刻是在高達-20℃至30℃的環(huán)境下進行的。 在低溫環(huán)境下,化學反應性降低,無需保護膜即可進行精確蝕刻。蝕刻速率(每分鐘蝕刻薄膜的孔深度)也得到提高。 由于這些優(yōu)勢,低溫蝕刻將應用于三星電子的下一代 NAND“V10”。V10是三星電子計劃明年量產(chǎn)的下一代NAND,預計是430單元的NAND。 此外,三星電子和SK海力士正準備將低溫蝕刻技術應用于下一代DRAM。據(jù)了解,目前已從全球主要裝備公司引進低溫設施,正在進行實際應用測試。 半導體行業(yè)的一位官員表示,“三星電子目前正在測試低溫蝕刻設備,該設備打算僅應用于現(xiàn)有的 V10 NAND 至 DRAM 生產(chǎn)線”,并補充道,“我們也在最后與合作伙伴分享了相關計劃”第三季度?!?另一位官員解釋說,“SK海力士正在制定一項計劃,將低溫引入‘下電極’(存儲節(jié)點)的制造中,‘下電極’(存儲節(jié)點)是DRAM中電容器的一個組成部分。”電容器是一種臨時存儲電荷的裝置。 預計低溫刻蝕最早將在D1d(第七代10納米DRAM)開始應用于DRAM量產(chǎn)工藝。目前,存儲器行業(yè)正在準備從明年開始量產(chǎn)上一代D1c。 此外,由于DRAM是HBM(高帶寬內(nèi)存)的關鍵要素,預計將對下一代HBM市場產(chǎn)生影響。HBM是一種通過垂直堆疊多個DRAM來顯著提高數(shù)據(jù)處理性能的存儲器。此外,業(yè)界認為低溫也可以應用于 TSV(通過硅電極),這是 HBM 制造的關鍵工藝。 一位半導體行業(yè)相關人士表示,“無論蝕刻什么材料,較低的溫度一般都有利于蝕刻,因此未來低溫技術可以應用的領域有很多。雖然存在很多技術挑戰(zhàn),但未來很有可能應用于 HBM 的量產(chǎn)。”“去做吧,”他說。
三星押注 1c-nm DRAM
據(jù)報道,三星電子正在推進其 1c 納米 DRAM,這被視為該公司與高帶寬內(nèi)存 (HBM) 競爭對手競爭的關鍵潛力。 近日,韓媒報道稱,在三星董事長李在镕的領導下,大批工程師被調(diào)往內(nèi)存部門,協(xié)助建立1c-nm DRAM產(chǎn)線和開發(fā)第六代HBM4產(chǎn)品。
三星 1c-nm DRAM 的開發(fā)吸引了眾多韓國媒體的關注,因為它對增強三星在 HBM 領域的競爭力具有重要意義。許多人將三星 HBM3 和 HBM3E 向 Nvidia 發(fā)貨延遲歸咎于該公司使用的是低代 1a-nm DRAM,而競爭對手使用的是 1b-nm DRAM。
1c-nm DRAM 預計將對三星第六代 HBM4 至關重要,或許可以讓該公司超越競爭對手,然而,一些業(yè)內(nèi)人士對這種做法仍持懷疑態(tài)度。
報道指出,三星似乎已準備好將 1c-nm DRAM 融入 HBM4 內(nèi)存中,而其主要競爭對手 SK 海力士和美光科技則均計劃在其 HBM4 產(chǎn)品中使用 1b-nm DRAM。
市場觀察人士認為,三星打算通過使用更先進的 DRAM 技術來提升其 HBM 競爭力,以扭轉(zhuǎn)目前落后的地位。
盡管如此,許多韓國業(yè)內(nèi)人士仍對三星的 HBM 技術路線圖表示擔憂,認為這可能會破壞與 DRAM 和 HBM 技術相關的現(xiàn)有協(xié)議和標準。
DRAM 的性能穩(wěn)定性直接影響 HBM 產(chǎn)品的功效,因為 HBM 是由 DRAM 構(gòu)成的。公司高層表示,公司最初開發(fā) DRAM 是為了計算和移動設備,然后才將其應用于 HBM,以確保產(chǎn)品的可靠性。
不過,三星可能會簡化或繞過上述流程??紤]到設備投資時間表,1c-nm DRAM 的全面量產(chǎn)可能要到 2025 年上半年,與 HBM4 的量產(chǎn)計劃之間只有不到一年的時間。根據(jù)三星的生產(chǎn)計劃,其新一代 1c-nm DRAM 的首批應用可能是 HBM,這與三星以往的做法有所不同。
相比之下,據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱,競爭對手 SK Hynix 于 2024 年 8 月開發(fā)了基于 1c-nm 工藝技術的 16Gb DDR5 DRAM,但并不打算將其應用于 HBM4,據(jù)報道優(yōu)先考慮 HBM 穩(wěn)定性而不是性能增強。
據(jù)此前報道,三星最近在 1c-nm DRAM 開發(fā)中取得了第一顆“好芯片”,這讓公司內(nèi)部燃起了一絲樂觀的希望。然而,專家認為,三星要想實現(xiàn) 1c-nm DRAM 的持續(xù)量產(chǎn),仍需要大量的準備工作。三星目前的良率可能低于 10%,因為其獲得的高質(zhì)量芯片數(shù)量與其加工的晶圓數(shù)量相比不足。
另一邊,據(jù)韓國媒體近日報道,三星董事長李健熙近日將系統(tǒng)LSI和晶圓代工部門的開發(fā)人員調(diào)至內(nèi)存部門,彰顯了該公司致力于加速HBM和下一代內(nèi)存技術的進步,以應對三星半導體業(yè)務面臨的挑戰(zhàn)。
三星第六代 HBM4 的開發(fā)不僅需要內(nèi)存技術人才,還需要具備邏輯芯片開發(fā)經(jīng)驗的晶圓代工廠和系統(tǒng) LSI 人員。與前幾代產(chǎn)品不同,HBM4 在底部有邏輯芯片,其功能類似于 CPU,用于管理 HBM 操作。
據(jù)報道,三星的一些晶圓代工人員已被重新分配到內(nèi)存部門,以協(xié)助 HBM4 的開發(fā)。
此外,有傳言稱,三星已一反常態(tài)地與代工競爭對手臺積電聯(lián)手,彰顯其重新奪回 HBM 技術領先地位的決心。
SK海力士開發(fā)出業(yè)界首款1c DDR5
八月底,SK海力士宣布,它已經(jīng)開發(fā)出業(yè)界首款采用其 1c 節(jié)點(10nm 工藝的第六代)制造的 16Gb DDR5。 這一成功標志著存儲器制程技術開始極限微縮至接近10納米的水平。 10nm級DRAM技術的微縮工藝不斷推進,難度不斷增加,但SK海力士憑借業(yè)界領先的第五代10nm工藝1b技術,在業(yè)界首次提高設計完成度,突破技術限制。 SK海力士表示,將在年內(nèi)準備好量產(chǎn)1c DDR5,并于明年開始批量出貨。 為了減少工藝推進過程中可能出現(xiàn)的錯誤,并以最有效的方式轉(zhuǎn)移被譽為性能最佳的DRAM的1b的優(yōu)勢,該公司將1b DRAM的平臺擴展用于1c的開發(fā)。 新產(chǎn)品在極紫外(EUV)光刻工藝中采用新材料,同時優(yōu)化了EUV光刻的整體應用工藝,與上一代產(chǎn)品相比,成本競爭力有所提升。SK海力士還通過設計方面的技術創(chuàng)新,將生產(chǎn)效率提高了30%以上。 預計將用于高性能數(shù)據(jù)中心的 1c DDR5 的運行速度比上一代提高了 11%,達到 8Gbps。由于功率效率也提高了 9% 以上,SK 海力士預計,在 AI 時代的發(fā)展導致功耗增加的背景下,采用 1c DRAM 將有助于數(shù)據(jù)中心將電力成本降低多達 30%。 DRAM 開發(fā)負責人 Kim Jonghwan 表示:“我們致力于將具有最佳性能和成本競爭力的 1c 技術應用于我們的主要下一代產(chǎn)品(包括 HBM 1、LPDDR6 2和 GDDR7 3),為客戶提供差異化價值。”“我們將繼續(xù)努力保持在 DRAM 領域的領先地位,并成為最值得信賴的 AI 內(nèi)存解決方案提供商?!?nbsp;
向DRAM投入大量資金
自誕生以來,DRAM 行業(yè)就一直經(jīng)歷著產(chǎn)量增加和產(chǎn)量縮減的周期,以提高利潤。但現(xiàn)在,兩大制造商將斥資數(shù)十億美元大幅增加 RAM 芯片產(chǎn)量,以滿足對 AI 計算機永無止境的需求。 三星和 SK 海力士生產(chǎn)各種 DRAM,包括用于 PC 主板的 DDR4 或 DDR5,以及用于顯卡的 GDDR6(現(xiàn)在是 GDDR7)。但對于超級處理器,如 AMD 的Instinct MI300和 Nvidia 的H100,首選內(nèi)存是所謂的高帶寬內(nèi)存 (HBM)。 HBM 的特殊之處在于它由多個堆疊在一起的 DRAM 芯片組成,電力和數(shù)據(jù)通過垂直穿過芯片的電線傳輸(稱為“硅通孔”,簡稱 TSV)。并行訪問大量內(nèi)存可大幅提高讀/寫帶寬。 三星最新的HBM3 Icebolt內(nèi)存使用了 12 層最新的 10 nm DRAM 芯片,總共 16 或 24 GB。AMD Instinct MI300 有八個 HBM3 模塊(128 GB GPU 內(nèi)存),這意味著僅一個加速器就有 96 個 DRAM 芯片。因此,據(jù)《韓國經(jīng)濟日報》報道,三星和 SK 海力士正在投入大量資金來增加產(chǎn)量。 現(xiàn)在,您可能會想:“嗯,這一切都很有趣,但這只是針對 AI,而不是 PC 游戲?!钡虑槭沁@樣的:用于 HBM 的 DRAM 芯片理論上也可以用于其他應用,例如系統(tǒng) RAM 或顯卡 VRAM。 HBM 之前也曾用于后者——AMD 是第一家在其Radeon RX Fury系列中使用 HBM 的 GPU 制造商,隨后在RX Vega 64及其同類產(chǎn)品中也使用了 HBM。最新支持 HBM 的游戲顯卡是Radeon VII,遺憾的是,自那以后我們就再也沒有見過它了,因為 GDDR6X 和 GDDR7 的絕對速度提供了足夠的帶寬。 但是,如果市場上充斥著 HBM 模塊的備用芯片,我們可能會看到它在高端市場的回歸,盡管它僅適用于 Nvidia 顯卡,因為AMD暫時退出了該領域。 如果人工智能泡沫破滅,三星和 SK 海力士也有可能最終會擁有大量不再需要的 DRAM 芯片,并可能被重新用于其他產(chǎn)品。我不知道用于 HBM 模塊的內(nèi)存作為標準系統(tǒng) RAM 的效果如何,但你永遠不知道——我們可能會再次看到內(nèi)存價格回到非常低的水平。 然而,由于科技界仍然一心要將一切人工智能化,因此 PC 游戲目前不太可能從 DRAM 產(chǎn)量增加中獲得任何好處。