專家觀點

3DDRAM,可能是革命性的

來源:內容由半導體行業觀察編譯自blocksandfiles,謝謝。


我們已經習慣了 3D NAND,以至於忘記了它在 2013 年面世時候的革命性。您可以通過堆疊單元而不是將它們並排放置來從根本上提高 NAND 晶圓密度的想法現在被認爲是理所當然的。我們有 176 層 3D NAND 正在生產,230 層產品即將推出,300 層正在开發中。


然而,DRAM 在平面時代停滯不前。它與 2D 生產技術緊密結合,以至於英特爾的 Optane 3D XPoint 等存儲級內存被开發出來以提供接近 DRAM 的速度,但成本更接近 NAND。Optane 之所以失敗,是因爲它的成本因良率有限而居高不下,而且其非易失性存儲器的編程復雜度太高。

堆疊 DRAM 單元是降低 DRAM 成本和提高芯片密度的明顯架構方法。然而這很困難,初創公司NEO Semiconductor認爲它已經找到了一種方法,可以通過其 3D X-DRAM 技術實現這一目標。在這裏,我們有一家初創公司設法在主要 DRAM 制造商美光、三星和 SK 海力士之前創建 3D DRAM 架構。NEO 是一項無晶圓廠業務,需要三大 DRAM 代工運營商中的一家或多家獲得其技術許可才能取得成功。

我們詢問了Objective Analysis的內存半導體行業分析師 Jim Handy,想知道他如何看待 3D DRAM 技術。

他告訴我們:“3D NAND ‘Punch & Plug’ 方法現在已廣爲人知,因此只要不使用任何新材料,使用此工藝的 DRAM 應該能夠快速量產。英特爾在 2020 年 IEDM 論文中展示了類似的內容。Tom Coughlin 和我在我們的新興內存報告中簡要介紹了它。

“英特爾方法的唯一缺點是它使用了摻雜的 HfO(氧化鉿)反鐵電層,該層在半導體中並未廣泛使用。這使得它的制造有點困難,僅僅是因爲它不完全在生產車間的控制之下。我相信它類似於德國鐵電存儲器公司(FMC)正在努力开發成生產工藝的HfO。德累斯頓大學的 NaMLab 於 2011 年發現了 HfO 的鐵電特性,在過去的 12 年中,其衍生的 FMC 一直致力於控制它。在您嘗試實際制造它們之前,事情總是看起來很容易!”

英特爾當然不再從事內存業務。

我們向 Jim Handy 詢問了一系列關於 NEO 技術的問題:

Blocks & Files:你對這項技術和公司有公开的看法嗎? 

Jim Handy:幾年來,NEO 一直在閃存峰會上推廣一種新穎的 NAND 閃存概念。它使用位线的固有電容作爲 DRAM 電容器來極大地加速 NAND 閃存的性能。我還不知道有任何商業產品利用了這項技術。至於DRAM技術,我只知道新聞稿裏說的。

Blocks & Files:其聲稱能夠在2030-2035年期間擁有能夠生產1Tbit DRAM芯片的技術進步是否合理? 

Jim Handy:只要這是一個具有生產價值的工藝,使用衆所周知的材料和完善的 3D-NAND 工藝,就沒有理由不早於此構建 terabit DRAM。如果涉及新材料,那么使它們具有生產價值的挑战將使前景更難以預測。

Blocks & Files:如果 3D X-DRAM 技術可行,它能否像 3D NAND 幫助降低 NAND 的成本/比特一樣降低 DRAM 的成本/比特? 

吉姆漢迪:DRAM 的擴展速度已經顯着放緩,任何可以成倍增加 DRAM 密度的低成本突破都將加速 DRAM 的成本/比特下降速度。

Blocks & Files:比服務器 DIMM 高 8 倍的 DRAM 芯片是否會淹沒 x86 插槽接口並更多地用於 HBM 和 CXL 訪問的遠程內存? 

Jim Handy:計算機永遠不會有足夠的 DRAM。如果 DRAM 是免費的,並且如果它的引腳電容不會減慢總线速度,那么每個人的使用量都會比現在多得多。相反,添加 DRAM 是一件成本高昂的事情,添加到任何一個通道的芯片/封裝越多,運行該通道的速度就越慢,因此設計人員通常將自己限制在每個通道只有一個或兩個 DIMM。  

換句話說:成本是一個限制器,而 DRAM 封裝數量是一個限制器。8 倍密度的 DRAM 不僅可以顯着降低成本,而且還可以支持非常大的 DRAM 陣列,具有與當今計算機已經處理的相同的封裝數量和電容。

另一個優勢是更高密度的 DRAM 每瓦提供更多的內存。數據中心存在 DRAM 的功耗和散熱問題,因此這對他們來說也是一大優勢。

 

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