国盛证券预测,到2030年全球HBM市场规模将达到惊人的980亿美元,而3D DRAM技术则可能在半导体领域掀起一场颠覆性的革命-1

内存技术悄悄演进到超出常人想象的阶段,当三星宣布其HBM4产品带宽高达3.3TB/s时,这个数字不仅超越了前辈产品的1.4倍,更标志着AI芯片与内存之间的“高速公路”已拓宽到新的维度-4

同时SK海力士将3D DRAM技术列为未来30年的核心方向之一,这种把内存单元像摩天大楼一样垂直堆叠的技术,将在2029至2031年间落地,彻底改变存储芯片的面貌-7


01 AI时代的内存瓶颈

AI模型的参数规模正以惊人的速度增长,从最初的几百万扩展到如今的数千亿。这种爆炸式增长给内存系统带来了前所未有的压力,“内存墙”问题愈发突出。

简单来说,就是处理器的计算能力远超内存的数据供给能力,导致强大的AI芯片常常“吃不饱”,等待数据的时间比实际计算的时间还长。

内存带宽不足成了制约AI算力发挥的关键瓶颈,这可不仅仅是性能问题,更直接影响着AI应用的响应速度和用户体验。想想看,当你与AI助手对话时,如果每次响应都要等上好几秒,那体验得打多少折扣?

02 HBM技术:解决带宽瓶颈

高带宽内存(HBM)技术应运而生,成为突破内存带宽瓶颈的利器。这玩意儿通过将多个内存芯片垂直堆叠在一起,并使用硅通孔技术连接,大幅增加了数据通道。

说人话就是,HBM就像把多条单车道的高速公路改建成了多车道,让数据能同时大量进出。

根据行业预测,到2030年,全球HBM市场规模将从2024年的170亿美元飙升至980亿美元,年复合增长率高达33%-1

SK海力士已经出货了HBM4样品,而三星计划在2025年底实现HBM4的量产-8。美光也不甘落后,计划于2026年推出自家的HBM4产品-1

这些厂商之所以如此积极,是因为AI服务器和大型语言模型对内存带宽的需求实在太大,传统的DDR内存已经难以HBM的出现,简直是场及时雨。

三星在ISSCC 2026上展出的6代HBM4产品,带宽达到3.3TB/s,容量为36GB-4。这个带宽水平足以支持更复杂的AI模型训练和推理,让AI系统“跑”得更快。

03 3D DRAM:突破密度极限的新路径

平面DRAM制程已经接近物理极限,就像在一块地上盖平房,再怎么优化设计,能容纳的住户也有限。这时候,先进DRAM技术开始转向立体化发展——3D DRAM应运而生-8

三星正在开发VCT DRAM,SK海力士则推进垂直栅极DRAM,这两者都代表了3D DRAM的不同技术路径-1

咱们可以这么理解,3D DRAM就像从平房改建为高楼大厦,在同样占地面积上能容纳更多住户,极大地提高了存储密度。

这种技术转变也带来了产业链价值的变化——产业价值正在从光刻设备向蚀刻、沉积环节迁移-1

对于目前中国大陆的光刻资源受限情况来说,这反而是个机会,因为3D DRAM更倚重蚀刻、薄膜、键合等技术而非EUV光刻-1

SK海力士已经展示了5层堆叠结构的3D DRAM原型产品,良率达到56.1%-1。虽然这个良率还有提升空间,但已经证明了3D DRAM技术的可行性。

按照SK海力士的路线图,3D DRAM将在2029至2031年间正式落地,与DDR6内存一同推向市场-7

04 定制化存储:端侧AI的优选方案

随着AI从云端向设备端迁移,定制化存储逐渐成为端侧AI的优选方案-1。这种趋势背后有一个很实在的逻辑:不同的AI应用场景对存储的需求差异巨大。

举个例子,AI手机需要的存储方案就与AI服务器完全不同,一个更看重能效和体积,另一个则追求极致的带宽和容量。

华邦电子的CUBE产品具有高带宽、低功耗、优化散热、灵活可定制等特性,预期首批会导入一些国外穿戴类设备客户-1。这种定制化方案能让设备制造商根据自身产品的特点,量身定制存储解决方案。

南亚科的定制化存储目标于2025年底完成验证、2026年开始导入量产,目标应用涵盖AI服务器、AIPC、AI手机、AI机器人与AI汽车-1

这种广泛的应用覆盖表明,定制化存储不是小众需求,而是整个AI产业发展的必然趋势。

兆易创新控股子公司青耘科技则紧贴客户需求,从容量、带宽、能耗等方面为客户提供更为定制化的解决方案,重塑端侧存储新形态-1

这些厂商的动向表明,先进DRAM正朝着更加专业化、场景化的方向发展,不再是“一刀切”的通用产品。

05 安全与可靠性:不容忽视的挑战

随着DRAM技术不断演进,安全与可靠性问题也日益凸显。Rowhammer攻击就是一个典型例子,黑客通过反复访问DRAM的特定行,能够导致邻近行的数据发生位翻转-6

更令人担忧的是,新出现的Row-Press漏洞进一步放大了这一威胁,它通过长时间保持行打开状态,显著减少了诱发错误所需的激活次数-3

这意味着什么?意味着现有的防护措施可能不够用了,需要新的解决方案。

研究界已经提出了多种缓解方案。比如ImPress方案,它不限制行打开时间,与内存控制器和in-DRAM解决方案兼容,并且不降低可容忍的行锤阈值-3

还有BreakHammer方案,它通过跟踪触发RowHammer解决方案的内存访问的生成器,显著减少执行的对策数量,平均提高系统性能48.7%-6

这些技术方案的出现,反映出业界对先进DRAM安全性的重视程度正在提高。毕竟,再快的内存如果不够安全,也难以在实际应用中被广泛采用。

06 中国厂商的机遇与挑战

先进DRAM的发展浪潮中,中国存储厂商面临着独特的机遇与挑战。一方面,国内在光刻技术领域仍受限;另一方面,3D DRAM技术的发展重点恰恰不在EUV光刻,而在于蚀刻、薄膜沉积和晶圆键合等技术-1

这种技术路线的转变为中国厂商提供了“弯道超车”的可能性。

长鑫存储采取的技术路线是,用横向堆叠方式,把传统DRAM的电容与晶体管组合转为躺在同一层的内存单元,再逐层堆叠起来-1

这种方法简化了垂直整合工艺,有望先实现量产,再逐步优化。外围电路如控制单元依然放在独立芯片上,通过混合键合整合,整体思路与早期3D NAND类似-1

虽然长鑫在2D工艺上还落后三星、海力士、美光等大厂两三代,但3D DRAM技术路线的转变为追赶提供了新机会-1

市场对多样化供应链的需求也在增加,这为中国存储厂商创造了市场空间。特别是在国内AI产业快速发展的背景下,本土存储解决方案有望获得优先考虑。

当然,挑战也同样存在。3D DRAM技术本身的复杂性、国际厂商的专利布局、全球产业链的协同需求,都是中国厂商需要面对的问题。


2040年,当HBM9的带宽达到128TB/s,比现在的HBM4提升超过60倍时,AI可能会以我们无法想象的方式融入生活的每个角落-4。芯片上的冷却技术从直接液体冷却,发展到浸没式,再到芯片内嵌式冷却,每一代都对应着更高速度的先进DRAM-4

韩国NanoFab研究员的预测图上,那条从2025年延伸到2040年的曲线仍在向上延伸,而这一切的技术突破,都始于今天对先进DRAM的每一次探索和创新。

网友提问

网友A: 我是硬件爱好者,看到文章提到3D DRAM将在2029-2031年间落地。很好奇为什么需要这么久?现在3D NAND不是已经很成熟了吗,直接套用不行吗?

回答: 你这个问题问到点子上了!确实,3D NAND技术现在挺成熟,但DRAM和NAND是两种完全不同的存储技术,不能简单套用。

打个比方吧,就像你学会了盖砖瓦房,现在要盖玻璃幕墙的摩天大楼,虽然都是建筑,但技术难度不是一个量级的。

DRAM每个存储单元由一个晶体管加一个电容组成,结构比NAND复杂得多。把这种结构垂直堆叠,要解决电容怎么放、电荷怎么保持、信号怎么稳定等一系列难题。

你看SK海力士展示的5层堆叠3D DRAM原型,良率才56.1%-1,离商业化量产还有不小距离。

这需要新材料、新工艺的突破,比如高深宽比蚀刻技术,要在极小的空间里刻出又深又直的孔洞;还有晶圆键合技术,要把多层晶圆精准地对齐并连接在一起。

3D DRAM的产业链也需要时间建立,从设计工具到制造设备,再到测试方法,都得重新开发。

所以说啊,这七八年的等待是值得的,到时候出来的3D DRAM,很可能会像当年3D NAND一样,给整个存储行业带来革命性的变化。

网友B: 我在考虑买AI PC,看到文章提到定制化存储。作为普通消费者,我该怎么判断哪些产品用了这些先进技术?会贵很多吗?

回答: 嗨,选购AI PC确实需要一点技巧!要判断产品是否用了先进存储技术,可以关注几个方面。

看产品宣传和规格表,如果提到“LPDDR6内存”、“HBM技术集成”或“专为AI优化的存储架构”,那很可能就用了这些新技术。

比较性能参数,比如内存带宽,新一代内存技术通常会有显著提升,像LPDDR6的数据速率能达到14.4Gb/s-4

价格方面,初期确实会贵一些,任何新技术刚上市都这样。但别太担心,随着产量增加和良率提升,价格会逐渐下降。

你可以根据自己的实际需求来决定是否值得投资。如果你主要用AI PC进行内容创作、数据分析和复杂计算,那么先进存储技术带来的性能提升会很显著。

但如果是日常办公和娱乐,现有技术可能已经足够了。建议关注主流品牌的中高端产品线,它们通常会率先采用新技术,而且产品成熟度较高。

记住,合适的就是最好的!

网友C: 文章提到中国厂商可能在3D DRAM时代“弯道超车”,但之前听说国内半导体设备受限。这种说法现实吗?还是只是乐观预测?

回答: 你这个问题很实际,涉及到国内半导体产业的真实处境。“弯道超车”既有现实基础,也面临不小挑战,不能简单说是一厢情愿。

现实基础方面,3D DRAM的技术特点确实对国内有利。它更依赖蚀刻、薄膜沉积和晶圆键合技术,而不是最先进的EUV光刻机-1

国内在这些领域有一定积累,比如中微公司的蚀刻机已经达到国际先进水平。

长鑫存储的技术路线也很有特色,采用横向堆叠方式,简化了垂直整合工艺-1。这种差异化的技术路径,有可能避开国际大厂的专利壁垒,形成自己的优势。

市场环境也在变化,国内市场对自主可控供应链的需求越来越强,这为国内厂商提供了市场空间。

但挑战也很明显。国际大厂在3D DRAM领域布局很早,三星的VCT DRAM预计未来两三年内就会有实物产品-1,领先优势明显。

半导体是高度全球化的产业,国内在材料、设备、设计工具等方面仍存在短板。

所以说,“弯道超车”是有机会的,但需要国内厂商、科研机构和产业链上下游的共同努力。这不会一蹴而就,但值得期待和努力。