手机提示存储空间不足的红色警告第无数次弹出,后台默默运行的内存刷新程序每64毫秒就要工作一次,确保每个比特数据不会丢失——这背后是DRAM芯片在纳米尺度上与物理定律的持久战。

看着手里这台刚用一年就开始卡顿的手机,我挠头琢磨,这存储技术的演进咋就跟不上咱囤照片、下视频的手速呢?仔细扒拉扒拉资料才发现,DRAM这半个世纪的老兵正经历着最艰难的转型

咱们得从那个技术狂飙的黄金时代说起。


01 黄金时代

DRAM演进最初几十年真是坐上了火箭。1970年刚问世那会儿,它迅速取代了磁芯存储器,成了计算机架构里的关键角色-6

到1984至1985年间,随着个人电脑和工作站兴起,DRAM直接变成了半导体市场里占比最大的单一产品-6

那时候的DRAM制程进展神速,直接决定了内存容量能翻多少倍。而且因为它市场份额大,厂商有足够资金投入下一代研发,它甚至成了摩尔定律的主要技术推手

这吸引了一大批玩家入场——日本、韩国、台湾的很多公司都选择投身DRAM产业,毕竟这代表着能玩上半导体制程中最先进的技术-6

产业早期,DRAM的密度增长速度甚至超越了逻辑芯片,每18个月芯片容量就能翻一番-2

这种疯狂扩展带来了实实在在的好处:20年内,每比特价格下降了整整3个数量级-2。对消费者来说,就是能用更少的钱买到更大容量的内存。

02 技术撞墙

但好景不长,DRAM演进到21世纪初就慢慢不对劲了。2000年左右,它首先被NAND闪存在制程上超越,接着逻辑芯片制程也赶超了它-6

问题就出在DRAM那套经典结构上——1T1C,也就是一个晶体管加一个电容-6

这设计在较大制程下工作良好,可一旦进入20纳米以下,物理规律就开始捣乱了。电容要维持足够电荷,就需要一定面积;但制程微缩却要求一切都变小。

电容值必须维持在10~20fF以上,工程师们不得不把电容做成又细又高的圆柱体,像纳米级的摩天大楼-6

麻烦来了:圆柱底部面积缩小、高度增加,导致宽高比越来越大,蚀刻难度激增。目前宽高比已经卡在1:50左右,很难再推进了-6

晶体管那边也不省心。DRAM晶体管最看重的是控制漏电流,因为漏电会直接影响电容保存信息的能力。

随着晶体管通道变短,栅极对电流的控制能力变弱,这就是棘手的“短通道效应”-6。制程微缩偏偏朝不利于漏电流控制的方向发展。

结果就是,DRAM的扩展速度比巅峰时期慢了近十倍,现在要花十年才能将密度提高两倍-2

03 突破尝试

面对这堵物理高墙,三大DRAM厂商三星、SK海力士和美光可没闲着,他们使出了浑身解数推动DRAM演进。

三星最近放出了大招——研发出了能在10纳米以下制程节点生产DRAM的新型晶体管-5。这东西采用高耐热非晶氧化物半导体材料,能在550摄氏度高温下保持正常性能-5

更巧妙的是他们搞的“Cell-on-Peri(CoP)”架构,把存储单元堆叠在周边电路上面,而不是传统的放在下面-9

这样能减少高温制造过程中周边电路受损的风险。三星打算把这技术用在接下来的0a和0b世代DRAM上-9

国内厂商也没掉队。长鑫存储在2023年底发布了基于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

这是相当于1x技术节点的工艺,虽然和国际最先进水平还有差距,但标志着中国在DRAM领域迈出了实质性一步。

04 市场狂热

就在技术艰难推进的同时,DRAM市场却迎来了一轮疯狂行情。AI应用爆发把内存需求推向了新高,三星、SK海力士和美光这三大厂商直接面临“地狱级缺货”-3

市场分析师预计,缺货情况可能一路延续到2027年底-3。原因很简单:AI模型规模越来越大,对高带宽、高密度内存的依赖越来越强。

DRAM和NAND从过去的成本型零部件,变成了决定AI运算效能的关键资源,产业进入了“记忆体超级循环”-3

价格更是涨得离谱。2026年,三星DRAM平均售价预计同比增加84%,SK海力士增加约75%-3

更关键的是厂商定价策略变了——三大厂都把至少60%毛利率作为定价底线-3。也就是说,价格完全由他们主导,毛利率“60%就是地板”-3

这种市场狂热反过来影响了技术路线。厂商资源高度集中在利润更高的HBM上,导致非HBM的DRAM产能扩张受限-3

05 未来战场

展望DRAM演进的未来,战场已经清晰分化。短期看,HBM是兵家必争之地。随着AI模型权重接近TB级别,对内存的需求急剧增长-2

在英伟达H100中,HBM占制造成本50%以上;到了Blackwell,这一比例更增至60%以上-2

HBM的每GB成本是标准DDR5的三倍甚至更多,但客户没太多选择-2。未来HBM世代会更复杂,堆叠层数会更高,制程挑战只增不减-3

中长期来看,架构创新可能比制程微缩更重要。近内存计算、内存内计算等新架构正在探索中-8

近内存计算是将处理器尽量靠近DRAM,减少数据传输延迟和功耗,这在高性能计算领域已经开始实施-8

更前瞻的内存内计算则试图让内存同时执行处理器功能,彻底摆脱传统的冯·诺依曼架构-8

新存储器类型也在研发中,如磁性RAM、铁电RAM等,它们可能成为未来的存储级内存,兼具DRAM的速度和NAND的非易失性-8


DRAM的演进本质上是与物理极限和市场周期的双重博弈。 当三星的工程师在实验室里调试那批能在550度高温下保持性能的新型晶体管时,市场的报价单正以季度为单位刷新着历史记录-5-3

韩国半导体工厂的蚀刻机在纳米尺度上雕琢电容圆柱,而华尔街的分析师则在计算这些圆柱阵列带来的毛利率能否突破65%-6-3

这种技术深化与市场狂热交织的景象,定义了DRAM演进当前最真实的形态。

网友提问与回答

网友A提问: 看了文章,感觉DRAM技术好像真的遇到物理极限了。除了三星那个新晶体管,还有其他突破方向吗?未来十年我们手机内存还会像以前那样快速变大吗?

回答: 这位网友看得挺准,DRAM确实遇到了不小的麻烦。除了三星的新型晶体管技术,业界还在探索几个有意思的方向。

近内存计算是个靠谱的短期方案。与其死磕制程,不如把处理器和DRAM尽量“挨着坐”,通过先进封装技术把它们整合在一起,减少数据跑腿的距离和时间-8。这就像把厨房和餐厅打通,省得端菜跑老远。高性能计算领域已经在这么干了。

更激进的是内存内计算,想让内存自己处理数据,彻底改变计算机的冯·诺依曼架构-8。这条路还长,但想想挺带劲。

至于手机内存,快速变大的黄金时代可能过去了。但容量还会稳步提升,只是速度没以前那么吓人。更可能的是效率的提升——比如LPDDR5X比LPDDR5功耗降低20%-10,这意味着同样电量下手机能干更多活,或者同样使用时间电池可以更小更轻。

未来手机可能不会一味追求内存容量数字,而是更注重整体能效和智能调度,让有限的内存发挥更大作用。毕竟对大多数用户来说,手机流畅不卡顿、电量耐用,比单纯的内存数字更重要。

网友B提问: 文章里提到DRAM缺货到2027年,价格涨那么多,这对我们普通消费者买手机、电脑影响大不大?厂商说成本涨了所以要涨价,是真的还是找借口?

回答: 这是个很现实的问题。DRAM涨价对终端产品的影响是实实在在的,但可能没你想的那么直接和剧烈。

内存成本在手机总成本中占比通常不超过15%,所以即便DRAM价格大幅上涨,分摊到手机售价上影响相对有限。厂商可能会先压缩自己的利润空间,或者调整产品组合——比如推出内存小一点的版本,或者在其他地方降低成本。

对电脑,尤其是高端游戏本和台式机,影响可能更明显些。因为这些产品内存配置更高,且用户对性能敏感,厂商转嫁成本的空间更小

至于厂商是不是找借口,这波涨价确实有扎实的背景。AI爆发导致服务器级内存需求激增,三大厂又都把资源投向利润更高的HBM-3

普通DRAM产能增长受限,2026-2027年非HBM位元供给年增率可能低于12%-3。供需失衡下,价格自然上去了。

不过消费者也不用太焦虑。电子产品价格受多种因素影响,包括屏幕、芯片、电池等。而且市场有竞争,一家厂商大幅涨价,可能会给竞争对手机会。

网友C提问: 国内的长鑫存储能做到18.5nm,和国际大厂的差距到底有多大?咱们国产DRAM有机会弯道超车吗?

回答: 这是个让人既振奋又清醒的问题。长鑫存储能做到18.5nm工艺的LPDDR5,这确实是了不起的突破-1。但也要看到,国际大厂已经在量产1a、1b节点的产品了-1

制程上大概有两代左右的差距。这差距意味着更低的成本、更高的性能和更低的功耗。

但“弯道超车”在半导体这种重资产、长周期的行业不容易。不过,国产DRAM确实有一些独特的机会窗口

当下DRAM技术演进放缓,给了追赶者更多时间。国际大厂面临物理极限,大家都在探索新架构、新材料,某种程度上回到了相对平等的起跑线-8

国内市场需求巨大,且对供应链安全日益重视,这为国产DRAM提供了宝贵的试错和市场空间。地缘政治因素也让部分客户更愿意尝试国产替代方案。

最现实的路径可能不是“弯道超车”,而是先站稳脚跟,再逐步缩短差距。从利基市场做起,比如物联网、特定工业领域,积累技术和口碑,再向主流市场拓展。

长鑫已经迈出了关键一步,但需要持续投入和耐心。半导体行业没有捷径,但中国市场和应用创新的优势,可能是国产DRAM最大的“超车”助力。