的作者“金杰范”

來自“金杰范”（ID：金杰范）

“內(nèi)存的故事”主要是三年前寫的。 利用這個假期，對近年來的存儲器行業(yè)寫一個簡短而無聊的鳥瞰圖。

內(nèi)存中的當前問題是什么？

內(nèi)存不是一個好名字。 它的主要用途有兩個：程序運行空間（DRAM等）和存儲數(shù)據(jù)空間（NAND等）。 進入3D時代后，

nand基本上沒有上限，所以讓我們結(jié)束。 在此階段，

的主要問題是DRAM：單位價格的容量緩慢增加，并且速度跟不上CPU。 這個問題在商業(yè)領(lǐng)域尤其明顯，例如數(shù)據(jù)中心，高性能計算和運營商網(wǎng)絡(luò)。 此外，由于消耗每個時鐘周期中的小電容器，DRAM消耗太多能量。

電荷對于商業(yè)用戶來說是一大筆費用。 在移動設(shè)備上，DRAM也是電池的敵人。 在

的歷史中，DRAM只能不斷增加延遲以增加帶寬，那么如何增加緩存呢？ 問題在于，SRAM與CPU一樣昂貴，并且只有六個晶體管可以存儲一位。 Intel Xeon處理器的緩存僅是DRAM的千分之一。 擁有24個內(nèi)核的

通用無敵IBM Power 9 CPU為120MB L3，其裸片尺寸成本接近700mm2，是蘋果A13處理器的七倍！ 在Power9中，L2 / L3占100 m

以上的存儲區(qū)域。 主要問題是對容量速度和功耗的日益增長的需求無法滿足DRAM的技術(shù)瓶頸。 由于DRAM本身的局限性，

ddr5

的技術(shù)進步非常痛苦。 從DDR3到DDR4的小進步花了五年時間。 自DDR4的第一個版本于2012年發(fā)布以來，尚未發(fā)布DDR4。

dram標準由JEDEC jc-42工作組開發(fā)。 盡管有表決機制，但DRAM的節(jié)奏始終由Intel主導。

的原因很簡單：英特爾確定PC路線圖：CPU或北橋芯片確定何時支持新的標準內(nèi)存。

受益于半導體技術(shù)的進步。 ddr5的內(nèi)核電壓從DDR4的1.2V降至1.1V，這有望節(jié)省20％的功耗。

ddr5可以再次將系統(tǒng)通道數(shù)加倍。 圖：mircon

ddr5的突發(fā)長度和預(yù)取從DDR4的8N增加到16N，因此當時鐘頻率恒定時，帶寬增加了一倍。 為了控制由高速引起的各種信號干擾和抖動問題，ddr5還引入了內(nèi)核時鐘的各種優(yōu)化調(diào)整。 全新的模內(nèi)ECC功能也適合服務(wù)器。

，但是這些也將帶來更多的設(shè)計，測試和兼容性挑戰(zhàn)，需要對CPU（包括內(nèi)存控制器）進行巨大的更換，目前可能要等到2022年。

lpddr5

低功耗lpddr5單獨取出，因為自lpddr4起它已與標準DDR分離。 盡管lpddr5和ddr5使用了許多新技術(shù)，但是

的重點卻大不相同。 Lpddr5是功耗第一速度第二，而ddr5則是追求速度第一功耗第二。

因為lpddr4已經(jīng)是16N的預(yù)讀，所以lpddr5主要依靠庫組訪問來提高速度。 它追求超低功耗，因此電源電壓和核心電壓均低于ddr5。

x86的技術(shù)進步被英特爾放慢了速度，但在移動領(lǐng)域卻有所不同。

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的激烈競爭和年度旗艦產(chǎn)品的發(fā)布使每家公司不斷爭奪最新技術(shù)。

lpddr5是一個示例。 小米

小米10率先使用lpddr5確實是一件大事，這表明了高通公司的激進產(chǎn)品戰(zhàn)略。 一加八和三星S20今年基本上定下了高端基調(diào)。

華為正面臨更為尷尬的局面，因為美光是美國公司，目前是lpddr5的主要供應(yīng)商。 三星估計它將優(yōu)先考慮自己，而海力士似乎更關(guān)注標準的ddr5。 在lpddr5供應(yīng)困難的情況下，華為在產(chǎn)品規(guī)劃方面為下一代麒麟提供支持是一個兩難選擇。

hbm

是繞過DRAM傳統(tǒng)IO增強模式演變的極佳解決方案，適用于急需高帶寬的應(yīng)用程序，例如游戲和高性能計算。

圖：amd

hbm直接和處理器封裝的方式不再受芯片引腳的限制，突破了IO帶寬的瓶頸。 此外，DRAM和CPU / GPU的緊密物理位置使速度進一步提高。 在

的維度上，HBM還使整個系統(tǒng)的設(shè)計成為可能。 目前

，hbm2在很大程度上是gddr6的競爭對手。 但是根據(jù)最新消息，Xbox series X和Sony ps5仍選擇gddr6，可能是因為hbm2的成本很高。 但是，從長遠來看，DRAM仍具有強勁的3D需求。 因為2D接近制造中的上限（昂貴的10nm瓶頸）。

nvdimm

現(xiàn)在很流行云計算虛擬機和各種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，并且服務(wù)器渴望大容量內(nèi)存。 但是，由于難以進一步降低DRAM成本，因此如何以低成本配置大容量存儲器成為問題。 提出了與

和

混合的nvdimm。

nvdimm-f直接使用NAND顆粒而不是DRAM來制造內(nèi)存模塊，這非常便宜，但是速度太慢，無法突破系統(tǒng)對DRAM總?cè)萘康脑L問限制。

nvdimm-n是通過將NAND添加到內(nèi)存模塊來防止服務(wù)器由于意外電源故障而丟失內(nèi)存數(shù)據(jù)的DRAM圖像存儲。 但是NAND無法擴展內(nèi)存并占用一些通道帶寬。

JEDEC nvdimm-n示意圖

最終解決方案是nvdimm-p，它可以提供1t內(nèi)存等大容量，并可以用NAND，RRAM，MRAM等各種新芯片替代DRAM。

尚未 看到了JEDEC nvdimm-p的標準。 但是，英特爾發(fā)布了基于3d-xpoint的辛烷值DIMM，其平臺支持對競爭對手來說是一個巨大的優(yōu)勢，也是一個很大的門檻。

3d-xpoint和其他NV存儲器

3d-xpoint是一個非常有趣的話題，聲稱速度是NAND的1000倍。

英特爾和微米始終對3d-xpoint的技術(shù)原理保密，甚至根本沒有透露它。 最初，它應(yīng)該是3D的，后來它卻被認為是相變存儲器（PCM）或RRAM。

市場也沒有看到有人剝離此芯片來進行內(nèi)部分析。

直到一個文件，讓我們看看當代的愛迪生斯坦�！�奧夫辛斯基是其發(fā)明者。 清算人認為，在奧夫辛斯基去世后，英特爾和美光公司在公司的破產(chǎn)程序中隱藏了重要信息。 在將

和微米分離之后，英特爾的3d-xpoint將轉(zhuǎn)移到大連工廠進行獨家生產(chǎn)。 我不知道將來還會有更多的八卦。

3d xpoint技術(shù)在服務(wù)器領(lǐng)域具有巨大的增長潛力，但是如何降低制造成本是關(guān)鍵。

mram，fram和其他NV存儲器在物聯(lián)網(wǎng)，汽車和工業(yè)中尋求機會。

mram工藝類似于傳統(tǒng)的MOS半導體工藝，有助于擴大生產(chǎn)并降低成本，并最終有機會在某些嵌入式應(yīng)用中替換某些SRAM或DRAM。 比

更快的PCM和RRAM是否可以代替NAND？ 似乎短期內(nèi)不會實現(xiàn)，因為存儲數(shù)據(jù)的速度要求通常不是很高，并且3D NAND低成本容量的爆炸過于成功。

圖：比較用于3D NAND的不同存儲器

3D nand

的成本和速度，單個單元的減少變得毫無意義，因此不再需要最先進的半導體制造技術(shù)。 Hynix最近表示，未來3D NAND可以堆疊800層。 在建立

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的過程中，減少了光刻鏈接的數(shù)量，同時大大增加了沉積和蝕刻過程的數(shù)量，蝕刻之王潘林成為最大的贏家。

的另一個作用是DRAM和NAND的生產(chǎn)線和容量不再靈活互補。

蝕刻多達100層以下的樓梯并蝕刻長孔非常具有挑戰(zhàn)性。 樓梯連接到位線，長孔是著名的電荷陷阱。

請記住，英飛凌/奇夢達是第一個利用以色列賽芬公司的技術(shù)批量生產(chǎn)電荷陷阱閃存的公司。 但是那時，這項技術(shù)還不成熟，其書寫壽命僅為浮柵的1/10。 吉姆·漢迪（Jim Handy）表示，刻蝕電荷陷阱中的孔的過程來自溝槽技術(shù)。

在60年的歷史記憶中曾提到，IBM，英飛凌，東芝和AMD在半導體技術(shù)的早期就結(jié)盟。 后來，奇夢達利用戰(zhàn)trench贏得了最后的勝利。 但是電荷陷阱蝕刻技術(shù)仍在繼續(xù)：AMD的后代Spansion在NOR閃存中使用了它，而東芝則制造了領(lǐng)先的BICS 3D NAND。 現(xiàn)在，

是唯一堅持采用浮動門技術(shù)的公司。 我的理解是FG的每一層都需要光刻，這種工藝的復(fù)雜性將導致其競爭力的喪失，并且退出市場可能是不可避免的。

有趣的是，幾天前長江存儲發(fā)布了128層分層技術(shù)，該技術(shù)將存儲陣列和控制電路分開。 這可以大大減少開發(fā)和創(chuàng)新周期，但是對批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)并不小。 具體的技術(shù)細節(jié)并不多。 如果是晶圓對晶圓的鍵合，即使不考慮鍵合良率，最終產(chǎn)品的良率也是兩個晶圓的良率乘以的關(guān)系。

3d NAND的延續(xù)和ddr5標準的困難生產(chǎn)是趕上目前開始的中國存儲器行業(yè)的很好機會。

很高興看到長興存儲已經(jīng)開始批量生產(chǎn)主流DDR4，并且其在知識產(chǎn)權(quán)和專利方面的遠見卓識也令人贊嘆。 扎實而雄心勃勃的

可能是內(nèi)存行業(yè)的唯一方法。

參考閱讀：

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