无需EUV加持,美光已找到让DRAM继续演进几世代的技术

2018年06月27日 作者:倩人美中更胜美

过去几年全球存储器产业竞争者变少,加上从移动手机到云端资料中心等市场对存储器芯片需求增温及价涨,带动整体市况荣景,针对未来存储器产业与技术前景,美光(Micron)科技发展部执行副总裁Scott DeBoer指出,即使传统微缩进程趋缓,但由于存储器芯片制造商找到仍可让存储器芯片持续演进的新技术,如美光发现无需采用极紫外光(EUV)微影技术,就能确保未来10年几个世代DRAM持续演进的技术,因而能够驱动目前这个市况荣景延续下去,这与目前全球主要晶圆制造厂商正积极布局EUV微影制程相比,显然美光似乎有其技术上的独到见解。

根据ZD Net报导,从过去PC时代演进到2007年iPhone推出后的移动时代这段期间,可看到全球存储器与储存市场规模与总资料储存量逐年成长趋势,特别在移动时代成长速度更快,如今人工智能(AI)带动的“资料经济”,则将存储器与储存产业带向另一个新时代。

如DeBoer在2018年超大型积体电路技术和电路会议专题讨论会(Symposia on VLSI Technology and Circuits)活动中指出,基于AI工作负载所需,如今云端资料中心DRAM需求量提升达6倍之多,固态硬碟(SSD)储存需求量也增加1倍。美光预测至2017年,全球存储器和储存市场规模已成长至1,280亿美元,全球并创造达22兆GB规模资料总量,显示AI等新兴科技正在驱动对更多存储器及储存产品的需求性。

在市场需求扩张下,传统平面存储器微缩进程却逐渐减缓,不过DeBoer表示,芯片制造商持续在寻找可增加存储器芯片密度、减少成本,同时可维持性能和可靠性的其他技术途径。对美光而言,采用多重曝光让美光能够以现有工具制造更小的存储器特征,如约10年前美光便开始以双重曝光技术微缩平面NAND Flash特征至60纳米以下,如今则可运用至将DRAM及几乎所有存储器技术微缩至40纳米以下。

DeBoer指出,美光的“CMOS under the Array”(CuA)架构设计也相当于一个完整的微缩,而美光与其他厂商也聚焦在如何在一个存储器阵列上,堆叠另一个存储器阵列的技术,借以创造更高密度的存储器芯片。2018年美光则推出不到20纳米的二代DRAM技术“1ynm DRAM”,DeBoer称美光有信心这个产品规划蓝图将可再发展至少3代,至于成本下滑幅度,则将取决于部分材料及架构创新程度。

虽然台积电、英特尔(Intel)、三星电子(Samsung Electronics)及GlobalFoundries等大厂,正竞相推出以7纳米以下EUV微影制程制造逻辑的技术,但DeBoer表示,DRAM多重曝光技术更具成本效益。DeBoer在会中甚至以实际资料印证双重曝光甚或是四重曝光,如何能在未来10年就能够比EUV更具成本效益。因此DeBoer指出至少在这段期间内,EUV导入DRAM制造不具实际效应。

存储器在成本下降及性能提升上未能跟上中央处理器(CPU)演进速度,因而催生高频宽存储器、新型态非挥发性存储器技术的发展,不过美光和英特尔对此提出的解决方案则为3D XPoint存储器。3D XPoint除了密度、速度与耐久性分别优于DRAM及NAND Flash外,一大关键优势在于3D XPoint已经投入生产,且第二代3D XPoint如今也引进至制造端。

即使3D XPoint仍未达到其原始的密度、性能及价格目标,不过DeBoer表示,美光对3D XPoint有良好的微缩规划蓝图,将持续改进3D XPoint技术。

NAND Flash方面,虽然3D NAND的问世避免了平面存储器微缩的终结,不过3D NAND仍存在微缩挑战及其他技术课题,对此美光也以几项技术缓解3D NAND面临的挑战。如2017年美光开始将32层芯片堆叠在另一个32层芯片上,开发出64层存储器芯片,最新的第三代3D NAND则是以2个48层芯片同样以阵列堆叠方式开发,并采CuA架构设计,因而开发出DeBoer宣称的全球最小512Gb晶粒。

整体而言,虽然未来业界终究会出现足以取代DRAM的产品,但从DeBoer所言,似乎显示美光认为DRAM、NAND Flash及3D XPoint前景仍一片光明。未来美光是否会持续做出突破、改变业界认知,值得观察。

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