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詳解DRAM、NAND和RRAM存儲器技術(shù)

作者: 時間:2016-12-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
日前,存儲器芯片主要供應(yīng)商之一美光公司(Micron)在香港舉行了2014夏季分析師大會,會上美光的高層管理人員就M、NAND和新型存儲器的市場趨勢、技術(shù)發(fā)展以及Micron的公司策略進行了講解。

  首先,Micron公司CEO Mark Durcan講解了M和NAND存儲器的市場趨勢。他說,未來幾年M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。

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  圖1:2014到2018年DRAM平均復(fù)合增長率為21%

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  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)計為31%,強于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。

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  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。

  DRAM:至少還有兩個節(jié)點

  DeBoer先生說,DRAM的復(fù)雜度在25nm節(jié)點以后上升較快,節(jié)點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)點有待開發(fā)。傳統(tǒng)節(jié)點的產(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)點以后,每個裸片要有4GB到16Gb的容量才合算,如下圖所示。

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  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工廠進展迅速,同時在美國愛達荷州Boise市正在進行十幾納米和幾納米節(jié)點的研發(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,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。

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  圖5:16nm以后節(jié)點遷移成本驟增

  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。

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  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)的進步對芯片性能的貢獻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年將進行小批量生產(chǎn)。

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  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制,以及新的工藝架構(gòu)。他說,Micron目前不便透露更多的細節(jié),明年會公布這些新的存儲器種類。Micron每年都投入相當大的研發(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)合項目。DeBoer相信Micron在此領(lǐng)域具有很強的競爭優(yōu)勢。這兩種技術(shù)路徑都在研發(fā)當中,并分別于2015和2017年實現(xiàn)首批生產(chǎn)。

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  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。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。

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  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



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