詳解DRAM、NAND和RRAM存儲器技術(shù)

　　首先，Micron公司CEO Mark Durcan講解了DRAM和NAND存儲器的市場趨勢。他說，未來幾年DRAM出貨量增長速度將減緩。如圖1所示，2015年以后，DRAM出貨量的同比增速將從前些年的50%左右下降到20%左右。2014到2018年平均復(fù)合增長率為21%。另外，DRAM的市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，移動和企業(yè)市場的比例將增加，如圖2所示。DRAM主要供應(yīng)商已經(jīng)從2005年的6家洗牌到2013年的3家（三星、SK海力士和美光），這個格局將不會改變。

　　圖1：2014到2018年DRAM平均復(fù)合增長率為21%

　　圖2：DRAM在移動和企業(yè)市場的比例將增加

　　至于NAND市場，2014到2018年平均復(fù)合增長率預(yù)計(jì)為31%，強(qiáng)于DRAM。其應(yīng)用將更多轉(zhuǎn)向SSD固態(tài)硬盤和移動設(shè)備，如圖3所示。

　　圖3：NAND應(yīng)用將更多轉(zhuǎn)向SSD固態(tài)硬盤和移動設(shè)備

　　接下來，Micron公司總裁（president）Mark Adams和研發(fā)副總裁Scott DeBoer談及了存儲器技術(shù)的發(fā)展趨勢。這也是本文的重點(diǎn)。

　　DRAM：至少還有兩個節(jié)點(diǎn)

　　DeBoer先生說，DRAM的復(fù)雜度在25nm節(jié)點(diǎn)以后上升較快，節(jié)點(diǎn)變化對存儲器性能的改善不像以前那么奏效。每片晶圓產(chǎn)出的容量增長趨緩，工廠出片能力也受阻。

　　然而，DRAM工藝在20nm以后至少還要有兩個工藝節(jié)點(diǎn)有待開發(fā)。傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品依然重要，產(chǎn)品特性成為關(guān)鍵。20nm的DRAM芯片著重于產(chǎn)品的差異化，以高密度、HMC和高級移動產(chǎn)品為將成為優(yōu)先考慮。

　　隨著半導(dǎo)體線寬的不斷縮小，每個裸片上的容量將繼續(xù)增加。在20nm節(jié)點(diǎn)以后，每個裸片要有4GB到16Gb的容量才合算，如下圖所示。

　　圖4：4Gb至16Gb將成為最優(yōu)DRAM裸片尺寸

　　據(jù)介紹，Micron的DRAM芯片正在從25nm向20nm過渡，20nm產(chǎn)品的產(chǎn)能正在爬坡。2015年，Micron有兩個20nm工廠將投產(chǎn)。Micron設(shè)在日本廣島的20nm工廠進(jìn)展迅速，同時在美國愛達(dá)荷州Boise市正在進(jìn)行十幾納米和幾納米節(jié)點(diǎn)的研發(fā)。

　　NAND：從現(xiàn)在的16nm平面轉(zhuǎn)向3D

　　NAND技術(shù)的演變較DRAM更具戲劇性。平面NAND工藝將在16nm節(jié)點(diǎn)終結(jié)。3D NAND芯片會很快登場。

　　DeBoer先生說，16nm平面MLC在成本、性能、密度選項(xiàng)和可靠性方面得以優(yōu)化，是Micron NAND歷史上產(chǎn)能爬坡最快的一代。而16nm TLC（1個存儲單元存放3位元）將是量產(chǎn)的最后一代技術(shù)，之后馬上向3D遷移。

　　最初的3D NAND產(chǎn)品將以32層MLC、256Gb裸片的形式出現(xiàn)，然后TLC很快跟進(jìn)，面向高性能SSD應(yīng)用。DeBoer說，Micron/Intel工藝架構(gòu)將成就業(yè)界最高的存儲密度

　　NAND芯片從平面向3D工藝的遷移出于顯著的成本和空間考慮。16nm以下NAND產(chǎn)品的開發(fā)成本驟增，而獲得的效能改進(jìn)并不合算?？紤]到16nm較好的性能，以及對3D NAND的工藝的信心，所以存儲器廠商選擇16nm作為最后的平面節(jié)點(diǎn)。

　　圖5：16nm以后節(jié)點(diǎn)遷移成本驟增

　　雖然第一代3D NAND開發(fā)成本較高，但隨后會很快下降。就單位比特的成本來看，Micron的32層3D NAND成本有望于2015年下半年與16nm平面TLC交叉，如下圖所示。

　　圖6：2015年后期3D NAND將開始顯現(xiàn)成本優(yōu)勢

　　3D封裝很重要

　　芯片封裝技術(shù)幾乎和硅工藝同等重要。封裝技術(shù)的進(jìn)步對芯片性能的貢獻(xiàn)差不多也遵循摩爾定律，如下圖所示。3D封裝的重要性與日俱增，對尺寸和系統(tǒng)性能都有幫助；創(chuàng)新的封裝形式增進(jìn)了存儲器與處理器之間的互動。Micron的3D封裝技術(shù)正在走向成熟，2015年將進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

　　圖7：封裝技術(shù)也遵循摩爾定律

　　新興存儲器技術(shù)

　　DeBoer說，新型存儲器有兩層含義，即存儲信息的物理機(jī)制，以及新的工藝架構(gòu)。他說，Micron目前不便透露更多的細(xì)節(jié)，明年會公布這些新的存儲器種類。Micron每年都投入相當(dāng)大的研發(fā)預(yù)算來開發(fā)新型存儲技術(shù)。除了公司自身的研發(fā)工作，Micron還有與外部伙伴的聯(lián)合項(xiàng)目。DeBoer相信Micron在此領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。這兩種技術(shù)路徑都在研發(fā)當(dāng)中，并分別于2015和2017年實(shí)現(xiàn)首批生產(chǎn)。

　　圖8：Micron的存儲技術(shù)時間表

　　雖然沒有明確透露新型存儲器的種類，不過顯然其中之一是Resistive RAM，或RRAM，即記憶電阻。DeBoer描述了新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。DRAM和NAND這兩種主流存儲技術(shù)各有利弊，但它們在容量和延遲方面鴻溝難以彌合。如下圖所示，DRAM具有出色的延遲特性，但耐久性、非易失性和成本較差，而NAND的延遲特性則不可救藥。新技術(shù)將彌合這道鴻溝，它將能夠在延遲、耐久性、非易失性和成本方面取得很好的平衡。

　　圖9：新技術(shù)將在延遲、耐久性、非易失性和成本方面取得很好的平衡