美光实验室里,工程师看着新型1α工艺下诞生的DRAM晶圆,存储密度比上一代暴增40%的数据在屏幕上闪烁,他们知道,内存容量的游戏规则又要被改写了-1


“又提示内存不足!”在智能手机频繁弹出提示的今天,很少有人会想到,那些微小到肉眼看不见的DRAM单颗颗粒容量,正上演着一场静默但激烈的技术革命。

如今的旗舰手机轻轻松松配备12GB甚至16GB内存,而在十几年前,这样的容量只存在于高端服务器中。这一切的源头,都指向DRAM单颗颗粒容量的持续突破。

一颗颗比芝麻还小的内存颗粒,正在改变我们手中所有智能设备的体验。

01 容量的飞跃

智能手机和电脑的内存大小似乎是每年都在升级的常规操作,这背后其实是DRAM单颗颗粒容量在悄悄进行“军备竞赛”。

就在几年前,市场上主流还是单颗2Gb或4Gb的颗粒,组成8GB内存条需要16颗甚至32颗颗粒。今天,情况已大不相同。

行业的领先者如美光、三星和SK海力士已经在先进工艺上展开激烈竞争。美光在2021年宣布的1α制造工艺,直接将存储密度提高了40%,这一突破让16Gb单颗容量的大规模量产成为可能-1

颗粒容量的提升不只是数字游戏,它直接决定了内存条的物理构成。简单算一笔账:当单颗颗粒容量翻倍,制造同容量内存条所需的颗粒数量就减半。

这意味着更小的电路板面积、更低的功耗和更高的稳定性——对追求轻薄化的智能手机和笔记本电脑来说,这无疑是重大利好-2

02 历史的步伐

回顾DRAM发展历程,单颗颗粒容量的提升并非一帆风顺。十几年前,主流工艺还停留在30nm以上时,单颗容量突破1GB(8Gb)曾被视为重大里程碑。

记得2012年,三星宣布量产20nm DRAM颗粒时,单颗容量刚刚全面进入4Gb时代。当时有媒体兴奋地报道:“主流智能手机只需配备2颗就可以实现1GB的内存容量”-10

仅仅两年后,美光就打破了这一纪录,推出了全球第一款单颗容量达到8Gb的DDR3内存颗粒。这一突破意味着只需要32颗这样的颗粒,就能造出一条32GB的内存,而以往至少需要64颗-5

在行业内,DRAM的工艺节点命名与逻辑芯片不同,采用1x、1y、1z的独特体系。美光的1α节点代表当时最先进的制造工艺,能够在不采用昂贵EUV光刻技术的情况下,通过多重图案化实现特征尺寸的缩小-1

03 突破的极限

DRAM单元由传输晶体管和存储电容器组成,这种结构注定了它的缩放难度比逻辑芯片要大得多。

说人话就是:DRAM单元中的电容器必须保持足够的物理尺寸来存储电荷,横向缩小会直接降低其容量,导致数据保存时间缩短,需要更频繁地刷新,反而增加功耗-1

这形成了一种技术上的矛盾:工艺越先进,单元尺寸越小,但电容器的性能要求却越苛刻。行业曾经普遍认为,10nm左右将是DRAM的物理极限-1

面对这一挑战,厂商们各显神通。三星已在部分产品中采用EUV光刻技术,而美光则另辟蹊径,通过创新性的多重图案化技术继续推进工艺节点。根据路线图,美光计划在不使用EUV的情况下,继续开发1β和1γ节点-1

更有颠覆性的尝试也在进行中。NEO Semiconductor最近展示的3D X-DRAM技术采用完全不同的架构——1T1C(单晶体管单电容)和3T0C(三晶体管零电容)设计。该公司声称,这项技术有望提供比当前普通DRAM模块高达10倍的容量-4

04 容量的竞赛

如今DRAM单颗颗粒容量的发展已经进入快车道。据行业分析,DRAM的单颗芯片容量近年来平均每年翻倍,这种增长速度超过了大多数其他类型的内存-2

当前,三大DRAM制造商——SK海力士、三星电子和美光科技——都已经将重点转向满足AI需求的高带宽内存(HBM)产品-3

这种转变对传统DRAM市场产生了深远影响。DDR5 6400MT/s产品正成为主流,而更高速的7200MT/s至8800MT/s型号也将在2026年下半年开始量产-3

值得注意的是,随着AI应用爆发式增长,市场对DRAM的需求结构正在发生变化。TrendForce预测,2026年HBM产品将占DRAM销售额的41%,而在内存容量出货量中的占比也将达到9%-3

05 未来的挑战

尽管DRAM单颗颗粒容量持续增长,但技术进步的道路上仍布满荆棘。传统DRAM的1T1C架构面临物理极限的挑战,业界正在探索各种突破路径-6

一家研究机构Imec指出,将传统DRAM扩展到32Gb芯片密度面临两大挑战:一是硅基阵列晶体管的缩放困难;二是3D集成受到存储电容需求的限制-6

这些挑战推动了新材料和新结构的探索。例如,基于氧化铟镓锌(IGZO)的晶体管技术可以在相对较低的温度下制造,这为在内存阵列下方放置外围电路创造了条件,大大减小了芯片面积-6

未来几年,DRAM工艺将向更小的设计规则迈进。主要厂商正在开发的1β和1γ节点,可能将DRAM单元设计规则缩小到12纳米以下-7

但业内专家也清醒认识到,如果保持现有的6F2 DRAM单元设计和1T1C结构,2027年或2028年的10nm节点可能是最后一个能够有效微缩的节点-7


当我们为新手机内存又增加了几GB而欣喜时,苏州工业园区内,长江存储的工程师正在调试192层3D NAND产线;韩国利川,SK海力士的研发团队在攻克HBM4的堆叠难题。

内存颗粒的容量战争从未停歇,从个人电脑到AI服务器,从智能手机到自动驾驶,这些肉眼难辨的硅片正托举着整个数字世界的重量。下一次内存不足的提示弹出时,不妨想一想,又有多少工程师在为推高那颗小小颗粒的容量极限而不眠不休。