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                        DRAM存儲芯片:三雄決戰DDR5
                        2022-09-15 18:09
                        來源:中國電子報、電子信息產業網
                        字體: [   ]
                         
                          繼DDR5 DRAM成為英特爾“Alder Lake”第12代處理器的標準配置之后,AMD近日也宣布其7000系列處理器將支持DDR5內存,并在9月27日正式上市。AMD表示,該平臺將不再支持DDR4,只支持DDR5產品,這無疑將進一步擴大DDR5內存的需求。

                          DDR5似乎只是DRAM激烈市場競爭的一根“導火線”。圍繞EUV光刻等DRAM領域的先進技術,三星、SK海力士和美光始終保持著你追我趕的態勢,不斷推動DRAM領域迎來新的發展潮流。毫無疑問,這三家DRAM領先廠商圍繞DDR5的競爭正在展開。

                          三星奪取DDR5內存芯片新陣地

                          存儲芯片市場各細分領域占比情況 

                           

                        來源:中商產業研究院 

                          在DRAM這個重要的存儲芯片細分領域,三星、SK海力士和美光是當之無愧的佼佼者。研究機構IC Insights的數據顯示,2021年三大廠商共占據DRAM市場94%的份額。具體來說,三星作為DRAM市場的第一大企業,坐擁43%的市場份額;三星的“韓國同胞”SK海力士則占據28%的市場份額;美光強勁的發展態勢同樣引人注目,目前占據23%的DRAM市場份額。

                          2021年三大DRAM廠商所占市場份額

                           

                          來源:IC Insights

                          DDR5作為一種正在開發的高帶寬電腦存儲器規格,目前在DRAM市場受到的關注度越來越高,或許會成為三家廠商提升自身市場競爭力的關鍵點之一。據了解,與DDR4相比,DDR5將提供兩倍以上的有效帶寬,有助于緩解每個核心的帶寬緊縮,進一步推動CPU內核數量的增加,使計算能力逐年提高。

                          事實上,三大廠商在2021年下半年就陸續宣布量產DDR5產品。三星作為DRAM市場中市占率第一的廠商,自然不會錯過這一發展機會。

                          2021年,面向DDR5模塊,三星選擇幫助數據中心、企業服務器和PC應用程序充分利用DDR5性能,以完成高要求、高內存密集型任務。2021年5月18日,三星宣布推出集成能源管理電路(PMIC)——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01,用于DDR5雙列直插式存儲模塊(DIMM)。

                          現階段,三星正在與AMD共同研發單條容量達512GB、甚至1TB的DDR5內存產品。記者了解到,三星在與AMD的探討中,找到了DDR5 DRAM的研發新方向,能夠將內存核心容量提高到32Gb,將堆棧層數提升至8H,多種技術之下可以實現32Gb、3DS、8H堆棧,內存單條容量可提升到512GB甚至1TB,這也意味著系統內存容量可提升至32TB。

                          三星電子TSP(測試和系統封裝)副總裁Younggwan Ko此前表示,隨著存儲半導體變得更強大,封裝技術必須與存儲半導體一起發展。三星的競爭對手已經將MSAP封裝技術用于DDR5內存,而三星正在努力將這種封裝技術用于DDR6。三星預計DDR6設計會在2024年完成。

                          在奪取DDR5內存芯片新陣地的過程中,三星同樣沒有忽視當前DRAM市場的“兵家必爭之地”——極紫外(EUV)光刻技術的應用。

                          公開資料顯示,EUV制程采用波長為10-14nm的極紫外光作為光源的光刻,蝕刻的各向異性明顯改善,能夠使集成電路的分辨率和良率得到極大提升,將大幅提高DRAM產能和良率,并降低DRAM生產成本。

                          2020年3月,三星率先使用EUV光刻技術,同年10月便開始批量生產基于EUV的14nm DRAM。在此過程中,三星將其最先進的14nm DDR5上的EUV層數從兩層增加到了五層DRAM工藝。

                          三星對于EUV光刻的追逐還在繼續。2021年11月,三星表示,其已經應用EUV技術開發了14nm 16Gb低功耗雙倍數據速率5X (LPDDR5X) DRAM,專門用于5G、人工智能、機器學習和其他大數據終端應用等高速率應用。今年2月,三星官方表示其基于EUV光刻技術的1z-nm工藝的DRAM已完成了量產。

                          三星目前還在規劃長遠產能建置,希望通過擴大產能的方式靜待新一輪市場周期上行,為自身后續發展蓄能。

                          近期,三星計劃在韓國京畿道平澤市再建3條產線??紤]到每個半導體工廠約需30萬億韓元以上投資,三星電子將為該計劃共投入100萬億韓元(約740億美元)資金。

                         

                          EUV光刻或是SK海力士競爭籌碼

                          三星的“韓國同胞”也是其最大的競爭者——SK 海力士在DRAM市場占據28%的市場份額,對于DDR5同樣勢在必得。單從時間節點來看,SK海力士在DDR5市場先聲奪人,于2021年10月推出了全球首款DDR5產品,發布產品的時間節點略微領先其他兩家廠商。

                          近期,SK 海力士宣布,已經開發出了首款基于DDR5 DRAM的CXL存儲器樣品。SK 海力士方面表示,基于PCIe的CXL是為了高效使用CPU、GPU、加速器、存儲器等而開發的全新規范化接口。SK 海力士開發的首款CXL存儲器是采用最新技術節點1anm DDR5 24Gb的96GB產品。SK海力士預計將在近期的全球性半導體活動中推出實物產品,明年開始批量生產。

                          對于SK海力士而言,EUV光刻也是重要的競爭籌碼。此前,DRAM生產大多不需要先進工藝去完成,而是采用成熟的制程節點,涉及的元器件數量較少。三星作為第一個“吃螃蟹的人”,讓DRAM的技術進入了新紀元,SK海力士作為三星的勁敵,自然不會落后,在2021年2月完成了首個用于DRAM的EUV晶圓廠M16,正式引入了EUV光刻設備。2021年7月,SK海力士宣布量產了1a nm工藝的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息,SK海力士將與JSR聯合研制DRAM EUV光刻膠,以推動實現EUV用金屬氧化物PR的應用,確保自身內存技術領先。

                          “存儲器產品工藝制程不斷演進,已經進入10nm級階段。隨著產品對性能、功耗等要求的提升,技術演進將需要借助EUV光刻機來進行探索?!辟惖项檰柤呻娐犯呒壏治鰩煑羁倢τ浾哒f。

                          在產能擴張方面,SK海力士目前正基本按照計劃推進。今年支出約21萬億韓元以建設DRAM和NAND產能。9月6日,記者從SK海力士方面了解到,SK海力士將在韓國忠北清州市建設新半導體生產工廠M15X。據悉,M15X將于今年10月動工,預計2025年初竣工,決定在今后5年內投資約15萬億韓元。對此,SK海力士副會長樸正浩表示,M15X的開建將成為公司奠定未來成長基礎的第一步。

                         

                          美光在DRAM先進制程研發方面表現強勁

                          除“韓國雙雄”之外,美光強勁的發展態勢同樣引人注目,目前美光占據23%的DRAM市場份額。

                          隨著DRAM相關技術愈發成熟,美光在DRAM先進技術研發方面的市場表現同樣可圈可點。記者從美光方面了解到,美光于2021年就宣布批量出貨基于1α(1-alpha)節點的DRAM產品,該制程在密度、功耗和性能等各方面均有較大突破。美光技術與產品執行副總裁Scott DeBoer稱:“對比上一代1z DRAM 制程,1α 技術將內存密度提升了40%?!?/p>

                          近期,美光在DDR5產品的研發方面也展現出可喜進展。記者了解到,美光科技CEO Sanjay Merotra在8月29日宣布,將向企業銷售服務器用DDR5 DRAM。

                          據美光方面介紹,其DDR5產品傳輸速率可達4800MT/s,比現有DDR4快約1.87倍,系統性能提升高達85%。與DDR4相比,CPU運算性能有所提高,人工智能、高性能計算等性能也可以最大化。

                          比起三星和SK海力士,美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚?;蛟S是三星和SK海力士對于EUV光刻的追逐給美光帶來了一定壓力,美光如今也將EUV光刻技術用于DRAM發展。據了解,美光計劃從2024年開始,將EUV納入DRAM開發路線圖。今年5月26日,美光表示,將在中國臺灣中科新廠啟用后,導入最先進的EUV設備生產1αnm DRAM制程。

                          美光在增加產能方面同樣采取了相應舉措。9月1日,美光科技宣布,計劃于2030年之前投資150億美元,在美國愛達荷州博伊西(Boise)建造一座新的尖端存儲器制造廠。

                          存儲器產品屬于大宗集成電路通用產品,標準性較高,重復性生產比例高。TrendForce集邦咨詢分析師吳雅婷表示,因為制程改進能造就的供給端位元增長空間有限,所以三大原廠可事先備好新工廠的建置。

                          DDR5作為DRAM的新一代產品,各家新產品在速率、效能等各方面相較于DDR4都有明顯提升。但芯謀研究高級分析師張彬磊認為,盡管三星、海力士、美光都已經推出了DDR5的產品來搶占市場,但還無法對當前的DRAM市場格局造成影響,目前在服務器、電腦用內存市場上,大部分的產品是2013年上市的DDR4,2021年,DDR4的市場占有率達90%。

                          吳雅婷十分看好DDR5的發展。在她看來,隨著時間的推移,預計自2023年起,服務器端將逐步導入DDR5,DDR5有望取代DDR4,DDR5 DRAM將迎來快速普及期,成為市場中供給/采用的主流產品。

                          楊俊剛同樣相信,在產品單價、產能達到需求,英特爾和AMD等廠商的積極應用推動下,DDR5將會取代DDR4成為DRAM的主流產品,三家企業在DDR5 DRAM領域的競爭將會變得更加激烈。

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