近来,《BusinessKorea》有报道指出,三星的高层主管在国际性的电子器件研讨会上宣示了对三维动态随机存取内存商业化的紧迫推进,并坚信此技术能有效突破传统DRAM物理限制,预示着其将成为重塑存储器行业格局的关键力量。
三倍密度动态随机存取存储器代表了一种革命性的技术突破,通过在三维空间中堆叠内存单元而非传统二维平面布局,其显著提升了存储密度和访问效率。这种创新架构不仅重新定义了数据存储的物理界限,还为计算领域带来了颠覆性的变革。
传统的DRAM依赖于平面设计,在有限的空间内布置晶体管和电容以形成记忆体单元。然而,3D DRAM则通过堆叠多层这样的记忆体区块,极大地提升了单位体积内的内存容量,从而在不增加板级空间需求的前提下实现了显著的密度提升。
这种三维结构还优化了数据访问路径,减少了信号传输距离,降低了延迟,并可能提高了能效。这不仅对计算性能构成重大影响,而且还为芯片设计开辟了新的可能性,推动了高性能计算、大数据处理以及人工智能领域的发展。
总之,3D DRAM通过重新构思内存存储的方式,不仅提升了现有系统的性能,还开启了技术创新的新纪元,预示着未来电子设备在能效和容量方面的巨大潜力。这一技术的引入标志着半导体行业的一次革命性飞跃,为数据密集型应用提供了前所未有的支持能力。
在1966年深秋之际,IBM研究室的一位杰出科学家,Robert H. Dennard,开辟了科技领域的崭新篇章,其发明——动态随机存取存储器——为半导体产业注入了一股革命性的力量,并且不久后,这项伟大的创举不仅重塑了行业格局,更为之构筑了一个规模逾千亿美元的庞大帝国。
自1981年IBM引领个人计算机行业革新以来,DRAM技术的诞生为广泛领域的数据处理提供了坚实的科技支撑,包括但不限于个人计算设备、移动终端、服务器、数据中心、物联网应用及云服务等。随着2000年后个人电脑与智能手机市场的迅猛扩张,DRAM在半导体存储器市场中的影响力愈发显著,成为推动信息时代发展不可或缺的关键力量。
历经数十年的发展与演进,动态随机存取记忆体已然跻身于半导体领域中的核心存储解决方案之列,且其普及程度如此之高,以至于成为当今电子设备中最常用的内存类型之一。这一领域已形成以三星、SK海力士和美光三大巨头为主体的强大市场格局,主导着全球DRAM市场的竞争与合作。
动态随机存取内存乃是一种依赖于电容之易失性、破坏性读取机制的记忆技术,其核心组件包括一个负责存储电荷的电容单元与一个用于访问该电容的晶体管,通过这种简单而高效的设计,实现了惊人的集成密度。
过去数十年间,摩尔定律曾是科技行业的不朽信条,引领着半导体性能与成本的双重飞跃。早期的动态随机存取存储器能够满足市场的殷切需求,然而随着摩尔定律的发展步伐逐渐放缓,DRAM技术也陷入了技术创新的瓶颈阶段。
扩展说明:
- 摩尔定律的黄金时代:以往,摩尔定律被视为推动半导体产业快速进步的核心驱动力。这一法则预示着每过18个月,处理器中的晶体管数量便会翻倍,而成本则相应降低。这一预测为科技行业的飞速发展提供了有力支撑。
- DRAM技术的成熟与挑战:在早期,动态随机存取存储器作为一种关键存储解决方案,在满足行业需求方面发挥了至关重要的作用。然而,随着摩尔定律的发展速度减缓,DRAM的生产工艺也遇到了前所未有的技术瓶颈。
- 技术发展的新阶段:随着摩尔定律推动力的减弱和DRAM工艺进入瓶颈期,科技界开始探索新的发展路径和技术策略,以应对性能提升、成本控制以及长期可持续性方面的挑战。这一阶段标志着从追求纯粹的规模经济转向更注重创新和优化技术细节。
改写后的句子:
自上世纪80年代以来,摩尔定律为半导体产业设定了卓越的性能与成本升级基准,动态随机存取存储器作为核心组件,曾有效地满足了市场的广泛需求。然而,随着该定律的发展速度逐渐放缓,DRAM工艺如今面临着前所未有的技术挑战和局限性。
这段话强调了摩尔定律在科技领域内对半导体产业产生的深远影响,并指出了在追求性能提升、成本优化和技术突破的过程中,行业面临的重要转折点——即DRAM技术的进步遇到了瓶颈。这一改写保留了原始信息的核心内容,同时通过调整句式和语言风格使其表述更加流畅且优雅。
进一步地阐述:
摩尔定律作为科技行业的基石,曾经以其惊人预测的准确性为半导体性能和成本设定了一条清晰的发展路径。动态随机存取存储器曾是这一增长故事中的重要篇章,支撑了产业对高性能存储解决方案的需求。然而,随着摩尔定律发展速度的减缓,DRAM技术也开始面临其自身的技术瓶颈,这表明行业正进入一个需要更多创新和精细优化策略的新时代。
这段话进一步扩展了原句的内容,不仅提到了摩尔定律的历史背景及其对半导体产业的影响,还具体指出了DRAM工艺在摩尔定律放缓时遇到的挑战。同时,这段话通过更丰富的语境描绘,强调了科技行业从追求规模经济转向创新和细节优化的过程。
继续深入讨论:
长久以来,摩尔定律一直是推动半导体性能与成本双提升的核心动力,而动态随机存取存储器作为关键组成部分之一,在满足市场对高速、高效内存解决方案的需求方面发挥了巨大作用。然而,随着该定律的发展速度开始放缓,DRAM技术面临着前所未有的挑战和局限性,这一状况标志着科技行业需要探索新的发展策略和技术革新路径。
通过这段更深入的讨论,我们不仅回顾了摩尔定律的历史意义以及其在半导体产业中的作用,还强调了当摩尔定律的发展步伐减慢时,DRAM工艺所面临的挑战和行业的技术转型需求。这番扩展使得内容更加全面且详细,突出了科技行业在面对瓶颈期时需要采取的创新性和前瞻性策略。
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目前,在DRAM芯片制造领域,技术进步已经将晶圆厂的工艺推升至10纳米级别的前沿阵地。在近期的技术发展中,美光公司于2022年十一月中旬实现了第五代10纳米级DRAM的大规模量产,并同时开启了下一代1γ工艺的研发筹备阶段。至于三星,则计划于次年进入1b纳米级别的生产周期。
随着晶体管尺寸不断缩小,每片芯片上集成的晶体管数量也随之激增。这种趋势表明,通过精进技术,不仅能够实现更高的内存容量密度,同时也能显著提升存储解决方案的效能与效率。
尽管10纳米制程并非动态随机存取内存技术的最终形态,多年以来,该领域的发展步伐已呈现出明显的减缓迹象。新一波的DRAM节点改进仅仅实现了微小的进步,在这一背景下,三维DRAM策略顺势成为了存储解决方案提供商力求突破现有DRAM工艺极限、探寻更高技术水平的新途径。
由于动态随机存取记忆体技术的进步步伐渐缓,其核心挑战根源在于其简洁而高效的存储架构设计——由负责储存电荷的一组电容器和一个用于访问该电容器的晶体管共同组成。当前业界的创新思路倾向于对这一传统结构进行颠覆性的革新,并引入特殊材料的应用,以此探索突破现有瓶颈、开辟技术新路径的可能性。
此乃存储技术领域中,既与动态随机存取存储器并驾齐驱,又独具特色的存储介质——NAND Flash。此技术已历经三维之跃迁,并今朝更进一步,踏入四维空间的探索之旅。
为了应对动态随机存取记忆体物理限制所引发的迫切需求,业界长期以来一直致力于通过缩小电路线宽来提升DRAM晶片密度。通常地,这一策略旨在通过降低线宽实现晶体管数量的增加、集成度的优化以及功耗与速度的有效改善。此过程不仅要求精细工艺技术的进步,同时也对材料科学、系统设计及能源管理提出了更高挑战。在追求更小、更快、更高效的DRAM解决方案的过程中,技术专家们需要不断探索新的物理原理与工程方法,以克服当前所面临的物理局限性,进而实现电子装置性能的突破与革新。
随着工艺线宽推进至十纳米范畴之内,电子容器的泄露与干扰等物理局限性问题日益凸显,并对技术前沿构成了显著挑战。为了应对这一困局,科技界引入了创新性的高k材料以及极高紫外线光刻设备,旨在突破现有界限。然而,在制造10纳米及以下的微型集成电路时,即便这些先进的技术和工具在一定程度上提供了助力,但仍显现出难以完全满足需求的局限性。
在面对大环境中的供需矛盾时,业界普遍认为将DRAM从二维平面形态提升至三维立体结构,已成为推动技术创新与进步的关键共识。
作为3D DRAM技术的革新者,其核心在于将存储单元以三维立体结构进行排列和堆叠,巧妙地在有限的空间内实现了海量数据的存储能力提升,这一突破性设计使得在单一芯片尺寸范围内能够容纳更多元的数据容量。通过这种精密布局,不仅大幅增加了内存密度,还有效提高了整体性能与能效比,为现代计算技术的发展开辟了崭新的路径。
BeSang公司以前已对外界分享了其创新的三维Super-DRAM技术蓝图。根据其官方平台的阐述,传统平面型DRAM将存储单元阵列与逻辑电路分隔于不同的侧边,而3D DRAM则采取了一种全新的构想:它将存储单元阵列以堆栈的形式置于逻辑电路之上方。这一设计使得裸片的空间更为紧凑,并显著增加了每枚晶圆的裸片产出量。
由于技术工艺的精细推进面临挑战,特别是在存储电容这一核心环节上,其高深宽比成为了限制因素之一。直观而言,随着元件工艺尺寸的缩减,储存电容所呈现出的比例增长尤为显著。基于此原理分析,三层式动态随机存取内存作为一种先进解决方案,有望有效应对并克服平面式DRAM当前遭遇的技术瓶颈与障碍。
在信息科技的革新进程中,作为网站编辑的角色,我深刻理解并阐述了采用先进三维堆栈技术实现可重复使用的储存电容器对于成本降低的影响。未来,随着动态随机存取记忆体从传统的二维布局转向立体化发展,这一转变势将带来存储器领域的一场革命。这不仅预示着一种具有创新结构的存储芯片即将诞生,更标志着对现有技术的根本性突破与优化升级。三维DRAM的引入,不仅将以其高效能、高密度以及成本效益为业界注入新的活力,还将推动整个存储器市场的向前迈进,开启面向未来的信息技术新篇章。
在技术发展的初始阶段,往往伴随着挑战与缓慢的进步,但这并未阻碍众多企业奋勇追求先进科技的脚步。美光公司已前瞻性地着手于三维动态随机存取内存的研发工作,至今已在这一领域积累了丰富的知识产权,其持有的相关专利数量位居前列。
在2021年,三星于其DS部门内组建了一支专注于下一代工艺开发的研究团队,并着手进行前瞻性研究工作。翌年,在SAFE论坛上,三星全面展示了Samsung Foundry的3DIC发展蓝图,揭示了旨在解决DRAM堆叠难题的创新技术——逻辑堆栈芯片SAINT-D。此设计雄心勃勃地规划将八个HBM3芯片整合至一个巨大的中介层中,以实现前所未有的系统性能与效率。近期消息指出,三星正加速推进3D DRAM商业化进程,然而,目前尚未有公开的具体技术细节被披露。
△图片来源:三星官网
在探索通向三维动态随机存取存储器发展的旅程中,我们特别关注了两种关键的技术革新:高带宽内存以及基于in-dium、gallium、zinc、oxide的无电容式IGZO技术。
HBM作为一种突破性解决方案,通过堆叠多层DRAM芯片,显著提升了数据传输速度和存储密度,从而极大地优化了系统性能。这一先进架构不仅强化了内存系统的带宽能力,还有效降低了延迟时间,为高性能计算领域的瓶颈问题提供了有力的缓解方案。
另一方面,无电容式IGZO技术在栅极绝缘层中摒弃传统的电容结构,采用了一种全新的、更为高效的电子材料构架。这种创新设计能够显著提升晶体管的性能,降低功耗,并增强器件的热稳定性。通过集成到DRAM制造过程中,这一技术有望大幅提升存储器的速度和能效比。
综上所述,在迈向三维DRAM的道路上,HBM与无电容式IGZO技术共同展示了其在提升内存系统性能、密度以及能效方面的巨大潜力。这些技术创新不仅是突破现有限制的关键,也是驱动未来计算设备实现更高效率与更广阔应用范围的重要驱动力。
在2014年,AMD与SK海力士携手推进了HBM技术的研发,这项创新性技术采用TSV工艺将若干个DRAM芯片紧密堆叠,由此实现了内存容量的显著增加和数据传输速度的大幅跃升,从而开启了三维DRAM架构的时代。
在面向由三星、美光、NVIDIA和Synopsys等业界巨头发起的激烈竞争环境之下,高带宽存储器内存技术的演进路径已从初代HBM、HBM2与HBM2增强版,跃升至最新的HBM3标准——即第四代HBM。这一进步标志着在追求更高性能和能效的科技竞赛中的又一里程碑,展现了半导体行业为满足不断增长的数据处理需求而不懈努力的创新精神。
根据TrendForce集邦咨询的深入分析与预测,人工智能领域的迅猛发展对高带宽内存存储技术的需求日益增长,这一趋势预示着HBM市场的强劲增长态势。预计在未来三年内,即2023年至2025年期间,HBM市场将以年复合增长率高达40%至45%的惊人速度扩张,这无疑彰显了其在高性能计算与数据处理领域不可或缺的重要性与潜力。
在二零零四年,由东京工业大学的细野教授揭示并登载于《自然》期刊的IGZO氧化物,引领了科技界的创新浪潮。而到了二〇二〇年的国际电子器件会议IEDM上,来自美利坚合众国与比利时的研究团队,即独立研究机构IMEC,在无电容式动态随机存取记忆体领域取得了突破性的成就。
基于2T0C架构的这款动态随机存取存储器系统,创新地整合了两个IGZO-TFTs,摒弃了传统的存储电容器设计。这一突破性方案旨在克服经典1T1C DRAM在密度缩放过程中遇到的关键挑战,尤其是硅晶体管尺寸减小导致的漏电流增大问题,以及存储电容器占地面积过大的局限。
IMEC在2021年集成电路大会上展示的这项无电容DRAM技术,在先前研发的基础上实现了显著进步。该技术不仅提高了信息保留性能,同时也增强了耐用性,为存储领域带来了令人瞩目的创新成果。
在2021年国际电子器件大会上,由中科院微电子研究所李泠研究员领导的研究团队携手华为及海思,创造性地提出了一种新型串行架构。这一创新设计显著缩减了元件的物理尺寸,并具备多层堆叠能力,通过将上下两片CAA直接连接的方式,每个存储单元的面积被优化至4F²。该项技术不仅在提升IGZO-DRAM密度方面展现出卓越性能,还为微电子领域的未来发展开辟了新的可能性。
在2022年,华为携手中国科学院微电子研究所,共同提出了一个革命性的创举:基于In、Ga、Zn、O组成的透明氧化物IGZO-FET器件,并采取了全方位通道构型晶体管设计,以此为3D DRAM技术开辟了一条崭新路径。此项突破旨在应对并超越传统1T1C结构DRAM在微缩方面的局限性,有望引领存储科技领域进入一个更加先进与高效的时代。
于二零二三年一月,中国科学院微电子研究所的刘明院士团队在其微电子重点实验室中,聚焦于垂直环形沟道结构氧化铟锌场效应晶体管,深入探究了在第二层器件堆叠之前的层面间介质层加工技术。通过此研究,验证了CAA IGZO FET在双晶体管零电容动态随机存取存储器应用中的稳定性和可靠性。这一科研突破,为4个晶体管2T0C IGZO DRAM单元的大规模集成与实现奠定了坚实基础,并预示着在半导体存储技术领域崭新的进展。
HBM的问世,引领了动态随机存取存储器三维化发展的新篇章,无电容IGZO-DRAM因其特性,被视为推动高密度三维DRAM领域前进的理想选择之一。然而,诸多核心技术仍处于研发阶段,实现DRAM的三维堆叠、开辟全新的技术路径能否成功,当前仍存在不确定性。
从技术工艺的角度审视,三星当前的顶级动态随机存取内存生产线采用的是12纳米制程技术;而美光科技则已成功投入了10纳米DRAM芯片的大规模生产。随着业界对技术微缩极限的认知加深,并考虑到将线宽推进至10纳米所面临的挑战与困难,普遍共识是新型DRAM技术的商业化普及将在三到四年后成为不可避免的趋势,这不仅是未来的技术走向,更是当前市场的明确预测。
面对消费终端市场遭遇寒流,存储器产业似乎踏入了冬季的宁静,然而在汽车电子与AI服务器等新兴领域中,对于存储器的需求依然热度不减,持续展现出强大的生命力。
于3月10日,在韩国首尔江南区三成洞的韩国贸易中心举行“IEEE EDTM 2023”盛会期间,三星电子半导体研究所副社长兼工艺开发室负责人Lee Jong-myung先生揭示了新型DRAM未来的发展蓝图。
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