英特尔工程师罗伯特·丹纳德在实验室里摆弄着他的晶体管和电容器时,大概不会想到,这个被称为DRAM的小东西会在未来半个世纪掀起一场横跨三大洲的科技战争。
1970年,英特尔推出了第一款商业化DRAM芯片C1103,售价10美元,容量仅有1Kb-4。

四十多年后的今天,一条普通的DDR5内存条价格大约在1000元人民币左右,容量却达到了32GB,是当初C1103存储容量的3200万倍-6。

回看DRAM发展简史,最初的篇章充满了个体创新的光芒。1966年,IBM的罗伯特·丹纳德发明了MOS型晶体管加电容结构的DRAM存储器,这个设计简直太聪明了-4。
用一个晶体管控制访问,一个电容器存储电荷,结构简单成本又低。直到今天,咱们电脑里的内存条基本上还是这个原理。
英特尔当时可是押对了宝,他们那帮工程师愣是把这技术变成了能卖钱的产品。1970年推出的C1103芯片一炮而红,成了当时最畅销的半导体内存-4。
短短四年时间,英特尔DRAM市场份额飙升到82.9%,几乎是垄断地位-1。那时候的英特尔真是意气风发,靠着DRAM赚得盆满钵满,谁想到后来会在这块栽跟头呢。
技术这东西啊,就像老话说的,“你能做出来,别人就能学去”。德州仪器和Mostek公司很快跟上,特别是Mostek在1976年推出了MK4116 DRAM,采用了创新的双层多晶硅栅工艺,一下子把市占率提到了75%-4。
咱们接着说DRAM发展简史的第二幕,这出戏的主角换成了日本人。1976年,日本政府搞了个大动作,成立了VLSI联合研发体,把国内主要的电子企业和技术精英都聚到一块儿-4。
那阵势,真有点“集中力量办大事”的意思。
日本人的努力没白费,1977年他们就搞出了64K DRAM,跟美国公司并驾齐驱-1。到了1980年代,日本厂商全面发力,富士通、日立、三菱、NEC、东芝这些企业凭借更高的质量和更低的价格,硬是把美国企业打得节节败退。
最猛的时候,1986年日本存储器产品的全球市占率达到了65%,而美国只剩30%-4。
英特尔就是在1985年撑不住退出了DRAM市场-4。想想真让人唏嘘,曾经的市场霸主,就这样被后来者赶下了台。
美国那边也不是吃素的,眼看日本半导体要一统江湖,他们开始从政治和经济上施压。《广场协议》让日元大幅升值,反倾销诉讼接踵而至,日本半导体产品的性价比急速下降-1。
DRAM发展简史最精彩的部分,莫过于韩国企业的逆袭。三星、LG、现代这些韩国财阀,看着日美斗得你死我活,悄悄在背后蓄力。
他们从美国买技术、挖人才,一点一点积累自己的实力。
1984年,三星建成了第一个存储器工厂,开始批量生产64K DRAM-4。当时DRAM市场不景气,价格从每片4美元暴跌到30美分,而三星的生产成本高达1.3美元-1。
按常理,这时候应该收缩投资减少损失吧?可三星偏不,他们搞起了“逆周期投资”,越是行业寒冬,越要扩大产能。
到1986年底,三星半导体累计亏损3亿美元,股权资本全部亏空,几乎破产-4。关键时刻,韩国政府出手“救市”,投入近3.5亿美元,还以政府名义帮三星拉来了20亿美元的个人募资-1。
恰好赶上日本半导体被美国压制,加上个人电脑开始普及,三星就这么挺过来了。
尝到甜头的三星后来又搞了第二次逆周期投资。1992年,日本住友树脂厂爆炸导致原材料供应紧张,内存价格暴涨-1。
三星趁机推出世界上第一个64M DRAM,等1993年市场转弱时,他们又投资兴建8英寸硅片生产线-1。
这种“别人恐惧我贪婪”的策略,让三星在DRAM领域越做越强。1996年,他们推出了世界上第一个1GB DRAM,奠定了行业领导地位-1。
经过几十年的激烈竞争,全球DRAM市场从最初的几十家企业,逐渐整合到现在主要由三星、SK海力士和美光三家主导的格局-1。
这三家公司合计占据了约94% 的市场份额,形成了稳固的三足鼎立态势-1。
DRAM产业有个明显的特点就是强周期性,业内人士总结为“赚一亏二”,意思是赚钱一年,接着就要亏两年-1。在这种大起大落的行业里生存,企业必须有过硬的资金实力和敏锐的市场判断力。
现在的DRAM技术已经发展出多个分支,满足不同场景的需求。标准型DDR主要用于电脑和服务器;GDDR针对显卡和GPU优化,提供更高的带宽;LPDDR则是为移动设备设计的低功耗版本-3。
DDR技术已经发展到第五代,最新的DDR5内存传输速度可达6400Mbps,比最初的DDR快了整整50倍-3。而面向图形处理的GDDR7更是实现了1.5TBps的惊人带宽,比前一代高出40%-3。
随着制程工艺进入10纳米级别,DRAM技术正面临着前所未有的挑战。DRAM的基本结构是1个晶体管加1个电容器(1T1C),这个简单结构曾经是它的优势,现在却成了继续微缩的障碍-8。
电容器要维持足够的电荷存储能力,需要一定的物理尺寸。制程越先进,电容器底部的面积越小,工程师们只能不断增加电容器的高度来维持电容值-8。
这就导致电容器的高宽比越来越大,目前已经达到1:50的极限,再高就会带来蚀刻难题和电性问题-8。
晶体管方面也有麻烦。DRAM晶体管最看重的是低漏电流,因为漏电流会导致电容器存储的电荷流失过快-8。
但制程微缩导致晶体管通道变短,产生短通道效应,栅极对电流的控制能力变弱,漏电流反而增加-8。为了解决这些问题,工程师们开发了凹槽式通道阵列晶体管、鞍鳍晶体管、埋栅晶体管等新结构-8。
除了技术挑战,安全问题也浮出水面。Rowhammer攻击利用DRAM的物理特性,通过频繁访问特定内存行,导致相邻行数据出错-2。
这种硬件层面的安全问题很难通过软件更新完全解决,需要在DRAM设计和制造时就考虑防御机制。
当三星在1986年亏掉3亿美元却坚持扩大产能时,韩国政府押注的不仅是半导体产业,更是国家经济的未来转型-1。如今全球94%的DRAM市场被三大巨头瓜分-1。
智能手机滑动时,数据中心运转时,AI模型训练时,那些看不见的电荷正在数十亿个微小电容器间流动,延续着五十年前那个实验室发明的脉搏-8。