手机电量还剩一半，电脑却因为内存不够突然卡死，屏幕上色彩鲜艳的游戏画面一帧一帧地跳动，这些日常烦恼背后，都藏着一场关于DRAM技术的静默革命。
2019年，美光科技宣布开始量产1z纳米DRAM，这是当时业界最小的DRAM节点，用在16Gb DDR4产品上-1。
相比上一代1y纳米，这项技术显著提高了位元密度和效能，同时降低了成本，让AI、5G、自动驾驶这些热门应用能更顺畅地运行-1。
现如今DRAM的缩小速度已经明显放缓了。你瞅瞅，微处理器的工艺都跑到5纳米节点了，可DRAM还在20纳米到10纳米之间徘徊，从2016年开始基本上就停在这个水平了-6。
为啥DRAM就这么难缩小呢？原因出在它的本质上。
每个DRAM单元都包含一个传输晶体管和一个存储电容器。电容的大小直接和它的物理尺寸相关，横向缩小电容器会降低其容量。
容量小了，不仅存不了多少可测量的电荷，电荷泄漏还会更快，结果就需要更频繁地动态刷新，反而增加了功耗-6。这可真是让人头大！
光刻技术也是个大问题。DRAM单元的光刻设计要求特别高，电容器的复杂性让制造工艺变得更加困难。
随着特征尺寸的缩小，光刻技术受到瑞利准则的限制，意味着用常规技术很难创造出足够精确的DRAM单元-6。
就在大家觉得DRAM微缩要碰壁的时候，美光带来了惊喜。2021年，他们宣布开始大量出货使用1α制程的LPDDR4x DRAM-2。
这个1α制程可不得了，相比之前的1z DRAM节点，存储密度提高了整整40%！同时还能节省多达15%的功耗-6。
最让人惊讶的是，美光在实现这一突破时，没有使用极紫外（EUV）光刻技术，这和他们的竞争对手走了不同的路。
他们依靠自己的多重图案化技术，通过添加非光刻步骤，从单个较大的特征中创建多个小特征来提高分辨率-6。
美光计划接下来的三个DRAM节点都继续使用深紫外线（DUV）光刻技术，他们认为EUV就DRAM生产而言还处于早期阶段，设备成本高、生产困难，而且关键尺寸均匀性也不完美-6。
当DRAM微缩遇到瓶颈时，全球最大的半导体设备公司美国应用材料公司提出了三种新方法。这些方案着眼于材料工程，针对DRAM芯片的三个关键领域进行了优化-7。
首先是用于电容器微缩的Draco硬质光罩。在DRAM微缩过程中，电容深孔的蚀刻可能会超过硬质光罩材料的极限。
应用材料公司的新材料将蚀刻选择比提高了超过30%，这样就可以降低硬质光罩的高度，解决蚀刻副产物残留的问题-7。
第二个创新是将Black Diamond低k值介电材料技术引进DRAM市场。随着介电层不断变薄，目前的电介质太薄，无法防止金属线路内部电容耦合，导致信号干扰-7。
Black Diamond技术能实现更小、更紧密的金属导线互连布线，以数GHz的速度传输信号而不会产生干扰，同时降低功耗。
最后是采用高k值金属闸极晶体管改善DRAM的性能、功耗、面积和成本。DRAM一直使用复晶硅氧化物材质晶体管，但这种材料会导致电子泄漏，浪费电力并限制效能-7。
高k值金属闸极晶体管以金属闸极与氧化铪介电质取代复晶硅，能改善闸极电容、防止泄漏和提升效能-7。
就在大家以为DRAM技术已经遇到天花板时，Neo半导体公司带来了可能颠覆整个行业的创新——全球首款无电容DRAM，名为 “3D X-DRAM” -10。
这项技术完全摒弃了传统DRAM中的电容器，采用了类似3D NAND的垂直堆叠结构。它基于无电容器浮体单元技术，以电荷的形式存储数据，无需电容器-10。
3D X-DRAM最吸引人的是它的密度潜力。根据公司估计，这项技术可以通过230层实现128 Gb的密度——是当时DRAM密度的八倍-10。
除了高存储密度，这项新技术还有其他几个优势：功耗更低、可靠性更高、可扩展性更强，以及由于存储单元之间的互连更短而带来的更快的访问时间-10。
说到功耗，咱们得聊聊LPDDR的电压演进。你可能不知道，LPDDR的不同版本在电压设计上可是大有讲究。
LPDDR1最简单，只有一个电压（VDD）供给所有电路，电压值为1.8V-4。
到了LPDDR2，就开始区分了：为I/O缓冲区（VDDQ）和内部电路（VDD2）单独设置1.2V电压，而原来的VDD被重命名为VDD1，保持在1.8V，专供电容矩阵/阵列/存储体使用-4。
LPDDR4X进一步优化，将VDDQ降至0.6V，同时保持VDD2在1.1V，VDD1在1.8V-4。
最新的LPDDR5更加智能，它为VDD2设定了两个可能的值：0.9V（低）或1.05V（高），具体取决于内存运行的频率，同时允许VDDQ在0.3V到0.5V之间变化-4。
如果你对这些电压的详细用途感兴趣，可以查阅JEDEC发布的技术文档，或者参考EETOP上的相关资料，那里有更专业的讲解-4。
随着3D X-DRAM技术通过230层堆叠实现128Gb存储密度，智能手机可能将告别“内存不足”的提示，而数据中心服务器正悄然准备迎接存储密度八倍于当前水平的新时代-10。
这场存储革命不再仅仅是技术参数的提升，它正在重新定义我们与数字世界交互的方式。
