三星DRAM，關鍵一战

在先進工藝陷入沼澤之後，3D DRAM成爲了行業的共識。

傳統的 DRAM 中，晶體管集成在一個平面上。而在3D DRAM中，晶體管堆疊成多層，從而使晶體管分散。採用3D DRAM結構可以加寬晶體管之間的間隙，減少漏電流和幹擾。3D DRAM技術打破了內存技術的傳統範式。這是一種新穎的存儲方法，將存儲單元堆疊在邏輯單元之上，從而在單位芯片面積內實現更高的容量。

此前，半導體觀察曾經在文章《DRAM，加速走向3D》中，我們對3D DRAM有了廣泛的報道，包括各大廠商的布局。最近，三星更是詳細披露了公司的3D DRAM規劃。在筆者看來，這是決定三星DRAM未來的關鍵一战。

VCT DRAM，16層3D DRAM

據韓媒ZDnet報道，三星電子正在努力开發作爲下一代DRAM而備受關注的VCT（垂直溝道晶體管）DRAM和3D DRAM。VCT DRAM 計劃於明年完成初始產品开發，3D DRAM 正在實施將單元堆疊至 16 層的計劃。

三星電子副社長日前在“國際內存研討會（IMW）2024”活動上談到了該公司的下一代DRAM技術時表示：“超大規模人工智能和按需人工智能等產業發展需要大量的存儲器處理能力”，他同時補充道：“另一方面，現有 DRAM 的微處理技術是有限的。”“隨着我們越來越接近，預計單元（存儲數據的單元）結構將出現新的創新。”

具有新單元結構的DRAM可大致分爲“4FSquare（4F²）VCT DRAM”和“3D DRAM”。

一個 DRAM 單元由一個晶體管和一個電容器組成。晶體管是一種用於電氣开關和電壓放大的器件。它由源極、柵極和漏極按順序組成，具體取決於電流流動的方向。位於漏極上方的電容器是暫時存儲電荷的裝置。

爲了操作該單元，以棋盤形式布置向柵極端子施加電壓的字线(WL)和向漏極端子施加電壓的位线(BL)。

早期DRAM的單元結構是由4條位线和2條字线組成的8F正方形。然後，從80納米DRAM开始，應用6F方形（3條位线，2條字线）。隨着單元面積的減小，DRAM 集成度和性能可以提高。

爲了進階到4F Square，Cell結構必須發生重大變化。現有的DRAM具有水平排列的晶體管，但爲了實現4F Square，需要VCT結構將它們垂直排列。

Lee副總裁解釋說：“許多公司正在努力過渡到4F Square VCT DRAM，”他補充道，“但是，要實現這一目標，必須優先开發氧化物溝道材料和鐵電體等新材料。”

垂直溝道晶體管 (VCT：vertical channel transistor) 可以是一種 FinFET，其中導電溝道被薄硅“鰭片”包裹，形成器件主體。VCT 也可以是環柵 (GAA) 晶體管，其中柵極材料從所有側面包圍導電溝道。

通常，DRAM 採用 3D 晶體管與實現 4F^2 單元設計相關，就制造成本而言，4F^2 單元設計被認爲是有史以來最高效的存儲單元布局之一。領先的晶圓制造工具制造商Tokyo Electron預計，採用 VCT 和 4F^2 單元設計的 DRAM 將在 2027 年至 2028 年开始出現。該公司認爲，制造基於 VCT 的 DRAM；存儲器制造商將不得不採用新材料來制造電容器和位线。

在分析人士看來，4F Square 設計將利用垂直堆疊將 DRAM 單元尺寸比當今標准 6F Square DRAM 單元結構減小約 30%。4F Square 除了水平更加緊湊之外，還將比其前代產品變得更加節能，但需要極高的制造精度、更好的生產材料以及進一步的研究以使其可擴展和大規模生產。

三星的 4F Square 工藝將於 2025 年進行內部發布。垂直 DRAM 堆疊（如 4F Square 和最終真正的 3D DRAM）是 DRAM 容量增加和效率創新的下一步。十多年來，業界一直致力於這個方向，但特別受到3D NAND商業和功能成功的推動，3D NAND 的原理與 NAND 閃存類似。

三星於 2013 年首次向市場推出的 3D NAND（三星稱之爲 V-NAND）將成爲 3D DRAM 的靈感來源，但也有一個重大問題。NAND閃存是一種被動供電技術，因此它可以在斷電時保存數據，就像手機即使在斷電時也可以存儲文件一樣。

這種非易失性存儲器與DRAM有很大不同，DRAM是易失性存儲器，只有在通電的情況下才能保存數據。DRAM 的易失性使其比 NAND 更快、更可靠，但也使得堆疊 DRAM 層比堆疊 NAND 困難得多，因爲更多的功率和數據必須能夠在堆疊層上上下移動。

爲此三星方面表示，三星電子也在开發3D DRAM，目標是在2030年實現商業化。3D DRAM 是一種通過垂直放置位线或字线來垂直堆疊單元的技術。除了新材料之外，DRAM中還必須引入晶圓鍵合（W2W）技術，即直接將晶圓與晶圓連接起來的技術。

三星副總裁表示，“目前开發3D DRAM的主要存儲器公司正在研究將單元堆疊至約16層的應用可能性”，並補充道，“據我所知，美國競爭對手也在嘗試8層堆疊。”

三星的關鍵一役

在筆者看來，對於三星而言，在3D DRAM上能否取得成功，是決定他們未來能否力挽狂瀾的關鍵。

根據數據顯示，去年第四季度，三星電子在DRAM市場上佔有45.5%的份額，拉大了與第二名SK海力士和第三名美光的市場份額差距，證明了其在DRAM市場的優勢。然而，正如大家平時所看到，HBM需求的猛增，讓SK Hynix找到了超車的機會，這家千年老二的逆襲。

根據 TrendForce預測，整個行業到2024年，HBM將佔DRAM收入的20.1%，是2023年HBM 8.4%收入份額的兩倍多。其中，SK 海力士目前佔據HBM 市場約 50% 的份額。SK Hynix同時還和台積電攜手，在鞏固其HBM市場。

由此可見，如果按照這個增長力度往下走，SK Hynix的增長，進一步威脅三星是板上釘釘的事實，這也促使了三星做出了轉變。

近日，三星任命副董事長Jun Young-hyun爲 DS （Device Solutions）部門新任首席執行官。即將離任的部門負責人 Kyung Kye-hyun 被任命爲未來業務規劃負責人。從形式上看，這是一次洗牌。因爲據消息人士稱，Kyung 已經辭職是爲了對最近的事態發展承擔責任，因爲數據顯示，該部門名爲設備解決方案（DS）部門，去年錄得 15 萬億韓元的運營虧損，是有史以來最差的業績。

對於 DS 部門的大多數人來說，他的繼任者由於時間安排而感到震驚。

相關報道指出，新任主管 Jun 在 LG 半導體开始了他的職業生涯，並於 2000 年加入三星的內存業務。他曾擔任 DRAM 和 NAND 的开發主管，並負責該業務部門的战略營銷。他於 2014 年成爲內存業務負責人，並領導該部門直到 2017 年被調任爲三星 SDI 首席執行官。今年早些時候，他被任命爲未來業務規劃主管。

其實在這次任命以前，三星DS部門過去一年中曾有過零星的低級高管職位改組。去年 7 月，DS 部門爲三星代工任命了一位新的 DRAM 开發主管和一位新的首席技術官。僅僅過了五個月，CTO就在12月再次更換。這些任命被視爲領導層對 DS 部門的警告。現在連首席執行官也換了。

按照韓媒theelec報道，引致三星這波變動，罪魁禍首可能就是HBM。

據報道，三星在 HBM2E 之前的 HBM 市場中處於領先地位。然而，它在 HBM3 領域的市場份額被 SK Hynix 奪走。根據市場追蹤機構TrendForce的數據，去年SK海力士佔據HBM 53%的市場份額，其次是三星，佔38%。美光控制了9%。SK Hynix 的客戶有 Nvidia，而三星的客戶有 AMD、Amazon Web Services 和 Rebellion。

另一個原因是三星在芯片技術成熟度方面不再領先。該公司在傳統存儲芯片方面始終領先一代以上。這使得它能夠比競爭對手先推出新產品並更快地降低成本。但這個差距也已經縮小。

例如，美光在 2021 年領先於三星推出了 10 納米 (nm) 1a DRAM。在 1b DRAM 方面，三星與兩個競爭對手持平。過去，科技巨頭在技術方面領先至少一年或一年半。這導致三星去年宣布減少產量。盡管三星執行董事長李在鎔此前表示該公司不會降低產量。

在代工或代工芯片生產方面，三星已被台積電鎖定爲亞軍。TrendForce表示，第四季度台積電的市場份額爲61.2%，而三星則爲11.3%。

The elec指出，三星最重要的目標是通過 Nvidia 對 HBM 的質量測試。消息人士稱，三星的 8 堆棧 HBM3E 尚未獲得 GPU 制造商的批准。英偉達是目前最大的人工智能芯片制造商，因此三星必須確保其成爲客戶。一位知情人士表示，Kyung 是 NAND 專家，Jun 是 DRAM 專家，Jun 的首要任務將是提高公司的 HBM 能力。

當然，新管理層的的第二個任務是爲晶圓廠爭取一個大客戶。三星尚未獲得 7 納米及以下節點先進節點的有意義的客戶。英特爾再次加入代工市場，這家美國芯片制造商已經在與三星在該領域的合作夥伴聯系。

在SK海力士有拉开之勢的同時，美光也在緊隨其後，大舉發力。再考慮到中國國內同行的火力全开。對於三星而言，這場仗看起來不會輕松。

標題：三星DRAM，關鍵一战

地址：https://www.iknowplus.com/post/109671.html