華為中科院共研成果即將亮相？3D DRAM商業(yè)化尚需時(shí)日

近期，有外媒報(bào)道，華為將于6月12日～17日在集成電路重要會(huì)議——VLSI Symposium 2022上發(fā)表與中科院微電子研究所合作開發(fā)的3D DRAM技術(shù)，并進(jìn)行各種相關(guān)演示。

報(bào)道稱，華為與中科院方面開發(fā)了基于銦鎵鋅氧IGZO-FET（由 In、Ga、Zn、O 組成的透明氧化物）材料的CAA（Channel-All-Around）構(gòu)型晶體管3D DRAM技術(shù)，具有出色的溫度穩(wěn)定性和可靠性。

1、華為將展示新型3D DRAM成果

DRAM是一種易失性的、基于電容的、破壞性讀取形式的存儲(chǔ)器。長(zhǎng)期以來，DRAM的挑戰(zhàn)一直是如何在不增加功耗的情況下繼續(xù)封裝在更低的成本中。

佐治亞理工、圣母大學(xué)、羅徹斯特理工學(xué)院的研究者提出了一種新型的無電容DRAM（2T0C DRAM）。該研究小組表示，這種新型的DRAM在運(yùn)行大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以提供較大的區(qū)域，節(jié)省大量能源。

據(jù)中科院微電子研究所此前介紹，基于IGZO晶體管的2T0C-DRAM有望克服傳統(tǒng)1T1C-DRAM的微縮挑戰(zhàn)，但缺乏密度優(yōu)勢(shì)。

為此，中科院微電子所李泠研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為/海思團(tuán)隊(duì)在集成電路器件頂級(jí)會(huì)議IEDM 2021上首次提出了新型垂直環(huán)形溝道器件結(jié)構(gòu)（CAA）。

中科院微電子所表示，該結(jié)構(gòu)有效減小了器件面積，且支持多層堆疊，該研究成果將推動(dòng)IGZO晶體管在高密度DRAM領(lǐng)域的應(yīng)用。

2021年8月，華為在一篇題為《奧林帕斯（2021）難題二：下一代存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)根技術(shù)突破》的文章中表示，未來將針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域關(guān)鍵根技術(shù)進(jìn)行突破，其中，新型內(nèi)存替代介質(zhì)技術(shù)主要包括FeRAM/、MRAM、PCM、3D DRAM等新型內(nèi)存介質(zhì)的材料、器件、控制器技術(shù)。

2、HBM開啟DRAM 3D化之路

隨著芯片尺寸的不斷微縮，DRAM工藝的微縮變得越來越困難，平面DRAM的“摩爾定律”正在逐漸走向極限，各大廠商開始將目光鎖定3D化發(fā)展。其中，HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）為代表性產(chǎn)品。

2014年，AMD和SK海力士宣布攜手開發(fā)HBM，開啟了DRAM 3D化發(fā)展道路。隨后三星等存儲(chǔ)巨頭也展開了升級(jí)競(jìng)賽。

據(jù)悉，HBM基于DRAM技術(shù)，使用TSV（硅過孔）技術(shù)將數(shù)個(gè)DRAM芯片堆疊起來。憑借TSV方式，HBM大幅提高了容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。

HBM最早由AMD攜手SK海力士（2014年）開發(fā)，隨后三星等存儲(chǔ)巨頭也展開了升級(jí)競(jìng)賽。

經(jīng)過HBM、HBM2、HBM2E、以及HBM3幾代更迭，目前，HBM內(nèi)存技術(shù)已成功升級(jí)到HBM3標(biāo)準(zhǔn)（第四代HBM）。SK海力士、三星、美光等存儲(chǔ)廠商均曾表示將致力于開發(fā)HBM3內(nèi)存。NVIDIA、Synopsys、Rambus等企業(yè)也在布局當(dāng)中。

與傳統(tǒng)內(nèi)存技術(shù)相比，HBM具有更高帶寬、更多I/O數(shù)量、更低功耗、更小尺寸，可應(yīng)用于高性能計(jì)算（HPC）、超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)中心、AI、云計(jì)算等領(lǐng)域。

3、3D DRAM商業(yè)化尚需時(shí)日

3D DRAM是一種將存儲(chǔ)單元堆疊至邏輯單元上方的新型存儲(chǔ)方式，可以實(shí)現(xiàn)單位面積上更高的容量，解決平面DRAM工藝微縮愈加困難的挑戰(zhàn)。

盡管HBM的出現(xiàn)開啟了DRAM 3D化發(fā)展道路，但必須要指出的是，與NAND Flash閃存3D化的迅速發(fā)展不同，目前，3D DRAM的發(fā)展尚處于探索階段。

今年年初，據(jù)國(guó)外媒體BusinessKorea報(bào)道，三星正在加快3D DRAM的研究和開發(fā)，并且已經(jīng)開始加強(qiáng)相關(guān)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。報(bào)道稱，三星已經(jīng)開始開發(fā)一種躺著堆疊單元的技術(shù)，這是與HBM不同的概念，后者是通過將多個(gè)模具堆疊在一起產(chǎn)生的。

此外，美光等存儲(chǔ)巨頭也在考慮開發(fā)3D DRAM。有報(bào)道稱，美光提交了一份與三星不同的3D DRAM的專利申請(qǐng)。與此同時(shí)，應(yīng)用材料和泛林集團(tuán)等全球半導(dǎo)體設(shè)備制造商也開始開發(fā)與3D DRAM有關(guān)的解決方案。

不過，由于新材料開發(fā)的困難和物理限制等因素，3D DRAM的商業(yè)化還需要一些時(shí)間，有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，全球首款3D DRAM將在2025年左右問世。瑞銀投資銀行全球研究部則認(rèn)為，3D DRAM最早可能于2027年開始初期生產(chǎn)，到2028或2029年開始實(shí)質(zhì)性量產(chǎn)。至于未來發(fā)展如何，我們拭目以待！

文 |  全球半導(dǎo)體觀察 劉靜