三星实验室里,工程师们屏息凝视着显微镜下的10纳米级芯片结构,一种非晶态铟镓氧化物材料正在抵抗550度高温的考验-2。
嘿,你还记得第一次给电脑加内存条的场景吗?那个需要小心翼翼对准插槽的绿色长条,就是DRAM最直观的形态。

可你知道吗,就这么个小东西,在过去半个世纪里掀起了一场场科技与商业的腥风血雨。它的演化史直接映射了全球半导体产业的权利更迭。

DRAM这东西,本质上就是一堆微小的“电荷仓库”。每个存储单元由一个晶体管和一个电容组成,晶体管控制访问,电容则负责存储电荷-1。
这种设计简单而高效,但有个天生的缺陷:电容会漏电。所以DRAM需要定期刷新数据,大约每32毫秒一次,这占了它总功耗的10%以上-3。
别看原理简单,DRAM的制造工艺可一点也不“简单”。从早期的微米级到现在的纳米级,DRAM的制程演进堪称一部微缩艺术史。
目前主流产品已经进入10-20纳米工艺阶段,而领先的三星、美光和海力士都已经推出了基于1a和1b技术节点的产品-1。
咱们中国的长鑫存储也在2023年发布了基于18.5纳米工艺的LPDDR5产品,成为国内首家自主研发LPDDR5的公司-1。
DRAM的演化可不是一帆风顺的。说实话,现在它遇到了前所未有的瓶颈。
摩尔定律在DRAM领域差不多“失灵”了——过去十年里,DRAM密度仅增加了2倍,而辉煌时期每18个月就能翻一番-3。制程微缩越来越难,20纳米以后的每一步都如履薄冰。
人工智能的爆发更是雪上加霜。大模型对内存带宽的需求呈指数级增长,而传统DRAM的带宽提升远远跟不上。
现在的高带宽内存(HBM)价格贵得离谱,是标准DDR5的三倍甚至更多-3。英伟达Blackwell架构的GPU,HBM成本占了总制造成本的60%以上-3。
这下明白为啥AI芯片那么贵了吧?瓶颈不在算力,而在内存带宽。
DRAM的演化史上,市场战争比技术突破更加精彩。这个领域从来不是单纯的技术竞赛,而是资本、政策和战略的全面较量。
上世纪80年代,日本通过“举国体制”的VLSI计划,硬是把发明DRAM的英特尔逼出了市场-9。而90年代,韩国三星凭借“逆周期投资”的豪赌,在行业低迷期疯狂扩产,最终熬死了日本对手-4。
如今DRAM市场基本被三星、SK海力士和美光三家垄断,合计占全球份额的94%-4。这其中韩国两家公司就占了70%以上的份额,DRAM成为韩国出口的支柱产业-9。
面对瓶颈,行业大佬们没闲着,各种突破性技术层出不穷。三星最近放了个大招,公布了可用于10纳米以下制程的DRAM核心技术-2。
他们采用了创新的非晶态铟镓氧化物材料,能承受高达550摄氏度的高温工艺-2。这项技术有望应用于未来的0a或0b世代DRAM产品,预计2026年底至2027年初可能推出商用产品-2。
SK海力士也不甘示弱,他们提出了未来30年的DRAM路线图,重点放在4F² VG平台和3D DRAM技术上-5。目前的DRAM单元面积通常是6F²,而4F²技术能进一步缩小单元面积,提高集成度-5。
铠侠公司则专注于氧化物半导体晶体管的研发,已经成功验证了8层堆叠晶体管能够正常运行-10。这种技术能显著降低DRAM的刷新功耗,对AI服务器等应用特别有吸引力-10。
DRAM演化到今天,已经分化出多个专门方向,满足不同场景的需求。标准DDR内存大家最熟悉,主要用于电脑和服务器-6。
现在DDR5是市场主流,但三星已经开始研发DDR6了,预计速度将是DDR5的两倍-6。
GDDR则是专为图形处理设计的“显存”,带宽大得惊人。最新的GDDR7带宽达到破纪录的1.5TBps,比前代高出40%-6。游戏玩家和AI开发者应该会很喜欢这个进步。
LPDDR瞄准的是移动设备,特点就是低功耗。最新的LPDDR5X在实际日常使用中功耗可降低20%左右-6。这解释了为啥现在手机续航越来越好,性能却越来越强。
展望DRAM的未来演化,3D堆叠技术无疑是主流方向。无论是三星的CoP架构还是铠侠的氧化物半导体堆叠,都是在向立体要空间,突破平面微缩的物理极限-2-10。
材料创新也至关重要。传统硅材料已经接近极限,氧化物半导体、新型介电材料等将为DRAM带来新的可能性-2-10。
对于咱们中国来说,DRAM演化有着特殊意义。长鑫存储的突破只是开始,我们需要更多技术积累和资本投入,才能在这场全球竞赛中站稳脚跟。
毕竟,历史已经证明:得DRAM者得半导体天下-9。
当下最先进的HBM3E内存堆叠了超过12颗DRAM芯片,通过数万根硅通孔垂直互联,带宽突破1TB/s,足以在一秒内传输一部4K电影-3。韩国两家公司已投资数百亿美元扩大HBM产能,计划排到2027年以后-9。
中国长鑫存储正加速推进IPO进程,所筹资金将转化为研发设备、先进产线和高端人才,准备在存储芯片的国土上插上更多红旗-9。