DRAM，新競(jìng)賽！

作為半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模最大的細(xì)分產(chǎn)品之一，DRAM的影響力不言而喻。據(jù)straitsresearch的數(shù)據(jù)顯示，2022 年全球動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (DRAM) 市場(chǎng)規(guī)模為 969.9 億美元。預(yù)計(jì)到2031 年將達(dá)到 1263.2 億美元，預(yù)測(cè)期內(nèi)(2023-2031) 的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 2.98%。

在straitsresearch看來(lái)，DRAM之所以在未來(lái)能獲得高速發(fā)展，除了筆記本電腦/平板電腦、智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品銷(xiāo)量穩(wěn)步發(fā)展以外，云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等大趨勢(shì)的不斷發(fā)展也是DRAM能夠長(zhǎng)期看好的關(guān)鍵因素。

但如果細(xì)看終端需求，我們可以發(fā)現(xiàn)，人工智能推動(dòng)下的HBM會(huì)是DRAM未來(lái)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?lái)源。市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)TrendForce 在五月曾表示，HBM 在 DRAM 總位容量中的份額預(yù)計(jì)將從 2023 年的 2% 上升到 2024 年的 5%，到 2025 年將超過(guò) 10%。如果按價(jià)值計(jì)算，預(yù)計(jì)從 2024 年開(kāi)始 HBM 將占 DRAM 總市場(chǎng)價(jià)值的 20% 以上，到 2025 年可能超過(guò) 30%。

但其實(shí)除了HBM以外，包括三星、SK海力士和美光在內(nèi)的DRAM巨頭，正在各個(gè)方向發(fā)力，以求在DRAM未來(lái)不會(huì)錯(cuò)失良機(jī)。

HBM，愈演愈烈

HBM已經(jīng)成為了全球關(guān)注點(diǎn)，在此前的文章《HBM 4，即將完成》中，我們已經(jīng)披露了三大巨頭的下一階段的競(jìng)賽。但其實(shí)在此之前，圍繞著HBM3e的爭(zhēng)奪還在如火如荼進(jìn)行。

在今年 2 月，三星電子首次實(shí)現(xiàn)最大容量 36GB HBM3E 12 層高帶寬存儲(chǔ)器 (HBM)，在半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)了重大飛躍。據(jù)業(yè)內(nèi)人士 7 月 16 日透露，三星已于第二季度開(kāi)始量產(chǎn)這款第五代 HBM 產(chǎn)品，目前正在向特定客戶(hù)供貨。

HBM3E 12 層采用硅通孔 (TSV) 技術(shù)將 DRAM 內(nèi)存芯片堆疊多達(dá) 12 層，正在成為今年下半年 AI 半導(dǎo)體市場(chǎng)的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)。這一發(fā)展加劇了內(nèi)存公司之間的競(jìng)爭(zhēng)，三星電子、SK 海力士和美光都在爭(zhēng)奪主導(dǎo)地位。

三星電子必須通過(guò)質(zhì)量測(cè)試（Qual Test），才能在下半年向 NVIDIA 供應(yīng)其 HBM3E 12 層產(chǎn)品。盡管成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但未能通過(guò)質(zhì)量測(cè)試可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)生產(chǎn)產(chǎn)品積壓為庫(kù)存。因此，三星正全力以赴滿(mǎn)足 NVIDIA 的標(biāo)準(zhǔn)。

SK Hynix 也參與了競(jìng)爭(zhēng)，準(zhǔn)備在第三季度量產(chǎn)其 HBM3E 12 層。雖然它目前向 NVIDIA 供應(yīng)之前的 HBM3E 8 層，但它尚未收到 12 層版本的質(zhì)量測(cè)試請(qǐng)求。SK Hynix 通過(guò)將量產(chǎn)時(shí)間表從明年提前到第三季度，正在加速其市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

美光則是此次競(jìng)爭(zhēng)中的一匹黑馬，計(jì)劃在下半年完成 HBM3E 12 層量產(chǎn)準(zhǔn)備，并于明年向 NVIDIA 等大客戶(hù)供貨。由于目前尚未有一家內(nèi)存公司決定向 NVIDIA 供應(yīng) HBM3E 12 層，因此美光很可能會(huì)同時(shí)考慮三家公司的報(bào)價(jià)，以滿(mǎn)足需求并確保有利的價(jià)格。

業(yè)界相關(guān)人士表示，“即使由于競(jìng)爭(zhēng)加劇，HBM3E 12層的價(jià)格可能會(huì)略有下降，但下半年顯然是決定HBM市場(chǎng)格局的時(shí)候?！痹撊耸垦a(bǔ)充道，“關(guān)鍵在于各家公司能將良品率提高多少?！?/span>

今年下半年對(duì)于確定 HBM 市場(chǎng)的未來(lái)格局至關(guān)重要。誰(shuí)先向 NVIDIA 供應(yīng) HBM3E 12 層產(chǎn)品將決定 SK 海力士能否保持 HBM 領(lǐng)先地位，還是三星電子扭轉(zhuǎn)局勢(shì)。競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，賭注很高，因?yàn)榇_保 HBM3E 12 層的領(lǐng)先地位可能會(huì)對(duì)每家公司的市場(chǎng)地位和財(cái)務(wù)狀況產(chǎn)生重大影響。

LPDDR，持續(xù)火熱

如韓媒Chosun所說(shuō)，半導(dǎo)體行業(yè)曾經(jīng)專(zhuān)注于速度和容量，現(xiàn)在正轉(zhuǎn)向功率效率。隨著人工智能學(xué)習(xí)和訓(xùn)練變得越來(lái)越先進(jìn)，處理海量數(shù)據(jù)所需的功率也大幅增加，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)低功耗芯片的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。

人工智能芯片通常被稱(chēng)為“耗能大戶(hù)”，是耗電量大戶(hù)。英偉達(dá)即將推出的高性能人工智能芯片 B100 需要 1000 瓦的功率。之前的人工智能芯片型號(hào) A100 和 H100 分別需要 400 瓦和 700 瓦，這表明性能越高，功耗也就越大。

三星電子和 SK 海力士是供應(yīng) AI 芯片所用內(nèi)存芯片的領(lǐng)先芯片制造商，它們正在推出新的低功耗半導(dǎo)體解決方案。

低功耗芯片對(duì)于智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等設(shè)備至關(guān)重要，這些設(shè)備需要在不連接互聯(lián)網(wǎng)的情況下執(zhí)行 AI 計(jì)算，同時(shí)節(jié)省電池壽命?！暗凸陌雽?dǎo)體可以延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備的電池壽命，并減少服務(wù)器數(shù)據(jù)處理所需的能量，”一位半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士表示?！半S著電源變得越來(lái)越稀缺，低功耗半導(dǎo)體將變得更加重要。”

LPDDR，即低功耗雙倍數(shù)據(jù)速率內(nèi)存，是低功耗芯片的前沿。與具有單個(gè)數(shù)據(jù)路徑的傳統(tǒng) DRAM 不同，DDR 具有兩個(gè)路徑，從而可以更快地處理數(shù)據(jù)。LPDDR 還可以降低功耗，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)到第 7 代 (5X)。它們通常用于高性能智能手機(jī)和筆記本電腦。

三星電子和 SK 海力士都在加快 LPDDR 研發(fā)。今年 4 月，三星開(kāi)發(fā)出 LPDDR5X（第 7 代），這是迄今為止數(shù)據(jù)處理速度最快的低功耗 DRAM 芯片。該公司最近完成了速度驗(yàn)證，據(jù)報(bào)道正在為量產(chǎn)做準(zhǔn)備。這款新產(chǎn)品的容量比上一代產(chǎn)品高出 30% 以上，同時(shí)功耗降低了 25%。該公司采用了根據(jù)性能和速度調(diào)整功率的新技術(shù)。

SK海力士去年年底首次將性能提升5倍的LPDDR5T DRAM商業(yè)化，該產(chǎn)品被中國(guó)智能手機(jī)制造商Vivo的旗艦機(jī)型采用，可在一秒鐘內(nèi)處理15部全高清電影，同時(shí)顯著降低功耗。

最近，LPDDR 堆疊技術(shù)也得到了大力發(fā)展。與堆疊多個(gè) DRAM 的 HBM（高帶寬內(nèi)存）一樣，LPDDR 堆疊旨在提高容量和速度，同時(shí)最大限度地降低功耗。

與此同時(shí)，下一代的LPDDR6 標(biāo)準(zhǔn)也在同步推進(jìn)中。

據(jù)今年三月的一個(gè)消息透露，國(guó)際半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)組織（JEDEC）在里斯本的會(huì)議上就LPDDR6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了廣泛的討論。消息顯示，新的 LPDDR6 RAM 可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 12,800 MT/s 的最大數(shù)據(jù)速率。

據(jù)預(yù)計(jì)，LPDDR6標(biāo)準(zhǔn)的制定將重點(diǎn)關(guān)注提高數(shù)據(jù)處理性能。這是因?yàn)?，隨著智能手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦上進(jìn)行大規(guī)模AI計(jì)算的設(shè)備端AI需求的快速增長(zhǎng)，內(nèi)存性能的重要性進(jìn)一步得到強(qiáng)調(diào)。此外，據(jù)悉，用電標(biāo)準(zhǔn)也將提高。

消息人士更是指出：“技術(shù)開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)討論正在以最小化功耗的方式進(jìn)行，功耗隨著數(shù)據(jù)處理的增加而增加?！?/span>

細(xì)分市場(chǎng)，各出奇招

在圍繞著標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)發(fā)力以外，這些DRAM大廠(chǎng)也在盯住細(xì)分市場(chǎng)，各出奇招。

首先看三星方面，據(jù)了解，三星電子正在開(kāi)發(fā)為蘋(píng)果下一代 XR 設(shè)備供應(yīng) LLW DRAM 的技術(shù)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，三星電子正在開(kāi)發(fā)向蘋(píng)果供應(yīng)LLW DRAM的產(chǎn)品。

LLW DRAM 是下一代 DRAM，與傳統(tǒng)移動(dòng)產(chǎn)品 LPDDR 相比，新技術(shù)通過(guò)增加輸入/輸出 (I/O) 端子的數(shù)量來(lái)增加帶寬（發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的路徑）。通過(guò)此，它具有 128GB/s 的高性能和低延遲特性。得益于此，它有望應(yīng)用于端側(cè)AI行業(yè)，取代現(xiàn)有的LPDDR。

據(jù)說(shuō)蘋(píng)果公司也對(duì) LLW DRAM 非常感興趣。事實(shí)上，蘋(píng)果在去年 6 月推出其尖端 XR 設(shè)備“Vision Pro”時(shí)就采用了 SK Hynix 的 LLW DRAM。相關(guān)報(bào)道指出，為了支持 R1 的高速處理，SK 海力士開(kāi)發(fā)了定制的 1 千兆位 DRAM。據(jù)悉，新 DRAM 將輸入和輸出引腳數(shù)量增加了八倍，以最大限度地減少延遲。這種芯片也稱(chēng)為低延遲寬 IO。據(jù)專(zhuān)家介紹，新芯片似乎還采用了一種特殊的封裝方法——扇出型晶圓級(jí)封裝——作為單個(gè)單元連接到 R1 芯片組。

如前所說(shuō)，三星電子還被發(fā)現(xiàn)繼續(xù)開(kāi)發(fā)向蘋(píng)果供應(yīng) LLW DRAM 的技術(shù)。

一位知情人士解釋說(shuō)，“據(jù)了解，三星收到了蘋(píng)果公司在 2022 年供應(yīng) LLW DRAM 的提議”，并補(bǔ)充道，“我們目前正在將該產(chǎn)品商業(yè)化，包括小批量生產(chǎn)?！绷硪晃还賳T表示，“三星電子正試圖在蘋(píng)果的LLW DRAM供應(yīng)鏈中追趕SK海力士”，并補(bǔ)充道，“作為一種特殊存儲(chǔ)器，它可以用于下一代Vision Pro等?！?/span>

針對(duì)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的DRAM，廠(chǎng)商們也紛紛亮劍。例如因應(yīng)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心對(duì)帶寬的需求，DRAM大廠(chǎng)正在采取各種方法將DRAM速度提高到DDR 5的最高速度之外。在2022 年底，SK 海力士推出了用于特定英特爾服務(wù)器平臺(tái)的 MCR-DIMM。該技術(shù)被稱(chēng)為多路復(fù)用器組合等級(jí) (MCR) DIMM，允許高端服務(wù)器 DIMM 以最低 8 Gbps 的數(shù)據(jù)速率運(yùn)行，與現(xiàn)有 DDR5 內(nèi)存產(chǎn)品 (4.8 Gbps) 相比，帶寬提高了 80%。MCR DIMM 背后的技術(shù)很有趣，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)使用兩個(gè)ranks而不是一個(gè)，本質(zhì)上是將兩組/等級(jí)的內(nèi)存芯片組合起來(lái)，以使有效帶寬翻倍。

與此同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu) JEDEC 也以類(lèi)似的方法制定了 MR-DIMM 的規(guī)范。它們都以現(xiàn)有的 DDR5 技術(shù)為基礎(chǔ)，試圖結(jié)合多個(gè)等級(jí)來(lái)改善峰值帶寬和延遲。

MR-DIMM 標(biāo)準(zhǔn)在概念上很簡(jiǎn)單，有多個(gè)以標(biāo)準(zhǔn) DDR5 速度運(yùn)行的內(nèi)存模塊，前面有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。緩沖區(qū)在主機(jī)接口端以 2 倍的速度運(yùn)行，從而允許傳輸速率翻倍。這個(gè)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)也是很顯而易見(jiàn)——在于能夠以更高的速度運(yùn)行主機(jī)內(nèi)存控制器中的邏輯并控制功耗/熱量。

JEDEC MR-DIMM 標(biāo)準(zhǔn)的第一版規(guī)定速度為 8800 MT/s，下一代規(guī)定速度為 12800 MT/s。JEDEC 還為這項(xiàng)技術(shù)制定了明確的路線(xiàn)圖，使其與 DDR5 標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)保持同步。

在過(guò)去幾個(gè)季度中，美光和英特爾一直密切合作，將前者的第一代 MR-DIMM 系列推向市場(chǎng)。

從 JEDEC 規(guī)范中可以看出，MR-DIMM 的優(yōu)勢(shì)在于可以提高數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)帶寬，同時(shí)改善延遲。在容量方面，由于允許在模塊上增加列數(shù)，Micron 能夠提供 256 GB 的容量。必須注意的是，一些供應(yīng)商也在使用 TSV（硅通孔）技術(shù)來(lái)增加標(biāo)準(zhǔn) DDR5 速度下的每封裝容量，但這會(huì)增加額外的成本和復(fù)雜性，而 MR-DIMM 制造過(guò)程中基本上不存在這些成本和復(fù)雜性。

美光也不是第一個(gè)公開(kāi)宣布 MR-DIMM 樣品的公司。三星上個(gè)月宣布了自己的產(chǎn)品線(xiàn)（基于 16Gb DRAM 芯片）。

三星表示，公司開(kāi)發(fā)了多級(jí)緩沖雙列直插式內(nèi)存模塊 (MRDIMM)，無(wú)需增加服務(wù)器主板上的內(nèi)存插槽即可提供更多內(nèi)存和帶寬。該模塊通過(guò)組合兩個(gè) DDR5 組件，使現(xiàn)有 DRAM 組件的帶寬翻倍，提供高達(dá) 8.8 Gb/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度。預(yù)計(jì) MRDIMM 將積極用于需要高性能計(jì)算 (HPC) 來(lái)處理數(shù)據(jù)并高速執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算的 AI 應(yīng)用。三星強(qiáng)調(diào)，公司目前正在對(duì) 16Gb Mono MRDIMM 設(shè)備進(jìn)行送樣，該設(shè)備具有增強(qiáng)的性能、容量和功耗。憑借這一創(chuàng)新的內(nèi)存解決方案，三星正在推動(dòng)人工智能 (AI)、機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 和大型語(yǔ)言模型 (LLM) 處理的下一個(gè)前沿。

寫(xiě)在最后

本文主要圍繞當(dāng)前的一些熱點(diǎn)話(huà)題，分享三大內(nèi)存企業(yè)各自的想法，以供各位參考。

展望未來(lái)，如Techinsights所說(shuō)，DRAM 對(duì)于 DDR5、LPDDR5/5X、GDDR6/6X、HBM2E/HBM3/HBM3E 和低延遲 DRAM (LLDRAM) 等應(yīng)用仍然至關(guān)重要。內(nèi)存處理 (PIM) 和 Compute Express 鏈路近內(nèi)存處理 (CXL-PNM) 等創(chuàng)新正在提高性能和效率。

Techinsights指出，三星和 SK 海力士已將 D1a 和 D1b 單元設(shè)計(jì)產(chǎn)品商業(yè)化，包括 DDR5、LPDDR4X、LPDDR5 和 LPDDR5X，具有最小的 12nm 級(jí) DRAM 單元設(shè)計(jì)。兩家公司在采用 EUV 光刻技術(shù)方面都處于領(lǐng)先地位，而美光則繼續(xù)將基于 ArF 和 ArFi 的圖案化技術(shù)應(yīng)用到其 1α 和 1β 代，并計(jì)劃在其 1γ 代中引入 EUV。三星在 D1a 和 D1b 代中將 EUV 光刻擴(kuò)展到五個(gè)或更多掩模。SK 海力士遵循類(lèi)似的 EUVL 策略，已將其用于 D1a 和 D1b 代，并計(jì)劃在未來(lái)幾代中增加 EUVL 步驟。

“明年初，各大廠(chǎng)商將推出量產(chǎn)的 D1c DRAM ，隨后在 2026 年或 2027 年推出最終的 10nm 級(jí) DRAM 設(shè)備（D1d 或 D1δ 節(jié)點(diǎn)）。到 2030 年，DRAM 技術(shù)預(yù)計(jì)將縮小到個(gè)位數(shù)納米節(jié)點(diǎn)，包括 0a、0b、0c 或 0α、0β 和 0γ 代。三星正在開(kāi)發(fā) VS-CAT 和 VCT 3D DRAM，而 SK 海力士和美光則專(zhuān)注于垂直堆疊 DRAM?！盩echinsights強(qiáng)調(diào)。

Techinsights認(rèn)為，DRAM 技術(shù)的未來(lái)前景光明，有望滿(mǎn)足高性能應(yīng)用和新興技術(shù)日益增長(zhǎng)的需求。

文章來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀(guān)察