机箱内部,一小块看似不起眼的电路板正在以每秒数十亿次的频率,默默进行着电荷的刷新与数据的传递,支撑着整个数字世界的运转。
1966年,当罗伯特·丹纳德在IBM实验室里首次构思出那个“一个晶体管加一个电容”的简单结构时,他可能没有预料到,这个设计会成为未来半个多世纪全球数字基础设施的基石-2-3。

如今,我们口袋里的智能手机、办公桌上的电脑、支撑互联网的数据中心,无一不依赖于DRAM技术-1-4。

动态随机存取存储器,这个技术名词听起来高深莫测,但其实离我们很近。你电脑里那条长条形的“内存条”,就是DRAM最典型的物理形态-6。
DRAM的基本原理说起来挺简单,就是利用电容存储电荷的多少来代表二进制的0和1-1。
但简单中藏着麻烦:电容会漏电,所以必须每隔一段时间就刷新一次,否则数据就会丢失-5。正是这种“动态”特性,赋予了它这个名字。
与需要六个晶体管存储一个比特的SRAM相比,DRAM只需要一个晶体管加一个电容,结构简单得多,成本也低得多-1。不过,天下没有免费的午餐,这种简单结构的代价是速度较慢且功耗较大。
这个如今无处不在的技术到底是什么时候真正走向市场的呢?
关于“DRAM什么时候上市的”这个问题,得从20世纪60年代末说起。1968年,IBM成功获得了DRAM的专利-1-3。
紧接着在1969年,一家名为先进内存系统(Advanced Memory System)的加州公司,推出了第一款商业化的DRAM芯片-2-4。这款芯片的容量只有1KB,放在今天看来微不足道,但在当时却是一项突破。
这款初代DRAM被卖给了霍尼韦尔公司,但很快用户就发现它在生产工艺上存在一些问题-2。
这个小小的挫折,却为另一家刚成立不久的公司铺平了道路——这家公司就是英特尔-2。
1970年10月,英特尔推出了自己的第一款DRAM芯片C1103,这款芯片后来被誉为“第一款成熟商用的DRAM芯片”-2-3。
C1103的成功远超预期。它迅速取代了当时主流的磁芯存储器,到1974年,英特尔在DRAM市场的份额竟然达到了惊人的82.9%-2-4。当时谁也不会想到,这个领域的竞争会如此激烈。
20世纪70年代,日本通过举国体制推动半导体产业发展-2。到1986年,日本厂商在全球DRAM市场的份额已上升至65%,而美国则降至30%-2。如此剧烈的市场份额变化,直接导致英特尔在1985年宣布放弃DRAM市场-2。
但日本厂商的领先地位并未持续太久。在美国的政治经济打压下,加上韩国厂商的崛起,日本在DRAM市场的主导地位逐渐丧失-2。
韩国的DRAM产业发展堪称教科书案例。当20世纪80年代中期日美竞争激烈,市场不景气时,三星采取了一种被商界广泛研究的“反周期投入”策略-2。
简单说,就是在行业低谷期,别人收缩时,三星反而加大投入、扩大产能,进一步打压价格,通过自己的资金优势熬死对手-2。
1986年底,三星半导体累计亏损高达3亿美元,股权资本完全亏空,几乎破产-2。
关键时刻,韩国政府出手提供了近3.5亿美元的资金支持,还以政府名义为三星拉来了20亿美元的个人募资-2。
随着日本半导体产业受挫和个人电脑兴起带来的行业繁荣,三星成功翻盘,最终成为全球DRAM市场的主导者-2。
回到“DRAM什么时候上市的”这个起点,我们可以看到,从1969年的1KB产品到如今的技术,DRAM的进步是惊人的。
2005年,三星发布了世界第一款DDR3 DRAM内存样品-8。容量已达512MB,速度大幅提升。
2022年,美光发布了基于1β(1-beta)节点的DRAM产品,与上一代相比节能15%,位密度提高35%-10。单芯片容量可达16Gb-10。
DRAM的未来发展方向之一是3D DRAM技术,通过堆叠存储单元来进一步提高密度-10。另一方向是4F2结构,相比传统的6F2设计,能够将芯片面积减少约30%-10。
如今,三星、SK海力士和美光三家公司共同占据着全球DRAM市场的绝大部分份额-10。这些公司正在向10纳米级及以下工艺进军,探索包括EUV光刻、新型材料在内的各种创新技术-10。
从实验室里的一个简单构想,到支撑全球数字经济的基石,DRAM走过的道路既曲折又辉煌。罗伯特·丹纳德当年那个“一晶体管一电容”的设计-1,如今已在全球无数设备中跳动,维持着数字世界的“心跳”。
虽然主要玩家已从最初的几十家减少到如今的三巨头-2,但创新从未停止。3D堆叠、新型材料、更先进制程——DRAM的故事,仍在继续书写。
@数码爱好者小王:常听人说DRAM和SRAM,它们到底有啥区别?为什么电脑里主要用DRAM?
这是一个很好的问题!DRAM和SRAM虽然都是随机存取存储器,但确实有很多不同。
DRAM结构简单,一个存储单元只需要一个晶体管加一个电容-1。而SRAM需要六个晶体管来存储一个比特-1。这意味着在相同面积下,DRAM能提供更大的容量,成本也更低。
不过SRAM有它的优势:速度更快,不需要像DRAM那样定期刷新-1。所以SRAM通常用作CPU的高速缓存(Cache),而DRAM则作为电脑的主内存。
为什么电脑主要用DRAM做主内存呢?主要是因为性价比。对于需要大容量存储的应用,DRAM的成本优势太明显了。虽然速度不如SRAM,但通过DDR(双倍数据速率)等技术,现代DRAM的速度已经足够满足大多数应用需求-5。
所以简单说,电脑用DRAM做“主内存”是因为它容量大、成本低,用SRAM做“高速缓存”是因为它速度快,各司其职,共同保证电脑高效运行。
@科技前瞻小张:未来DRAM会怎么发展?3D DRAM什么时候能商业化?
关于DRAM的未来发展,行业正在探索几个方向:
一是继续推进制程工艺,三星、美光等公司已经在研发10纳米级及以下的技术-10。二是探索新的存储单元结构,如4F2设计,相比传统的6F2结构可减少约30%的芯片面积-10。
你问到的3D DRAM确实是热点方向。传统DRAM是平面结构,而3D DRAM通过垂直堆叠存储单元来提高密度,有点像从平房变成高楼大厦。
不过3D DRAM面临不少挑战:DRAM需要极低的漏电特性,而在三维结构中实现高质量的单晶硅层和完美的晶体管特性比在NAND闪存中困难得多-10。
一些创新方案正在探索中,比如NEO Semiconductor公司提出的3D X-DRAM技术,它使用基于浮体单元的概念,声称可以利用类似3D NAND的工艺制造-10。
至于商业化时间表,目前行业观点不一。三星似乎更倾向于先推进4F2结构,认为这比3D DRAM更容易在短期内实现-10。业界普遍认为,3D DRAM可能需要更多时间解决技术挑战,可能在未来几年内逐步从实验室走向市场。
@国产芯片支持者小李:中国在DRAM领域的发展如何?有机会打破三巨头的垄断吗?
中国在DRAM领域的发展确实值得关注。目前全球DRAM市场主要由三星、SK海力士和美光三家主导,合计占据绝大部分份额-10。但中国正在这一领域加大投入。
近年来,中国建立了多个存储器芯片制造基地,如合肥长鑫、福建晋华和长江存储-6。这些企业在努力突破技术壁垒,逐步推进DRAM产品的研发和生产。
不过挑战也不小:一是技术积累,DRAM工艺已经发展到10纳米级,技术门槛很高-9;二是专利壁垒,国际厂商拥有大量核心专利;三是市场周期性,DRAM行业有明显的“赚一亏二”周期特点,需要强大的资金支持-2。
中国的优势在于巨大的本土市场和政策支持。随着5G、人工智能、物联网等新技术的发展,对DRAM的需求将持续增长,这为中国企业提供了市场机会。
长期来看,中国企业有机会在DRAM市场占据一席之地,但可能需要较长时间的技术积累和市场开拓。或许会先从一些细分市场或特定应用切入,逐步扩大影响力。