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【存储器】DDR5赛道开跑,存储厂商为何掉头改进DDR4

来源:全球半导体观察    原作者:李薇    

DDR5是下一世代的DRAM,能降低功耗、提升效能并带来更高的可靠性。由于带宽是DDR4的两倍,DDR5还能够满足当下CPU提升速度的诉求。存储厂商不断发表测试模组,为推出完整的产品蓄力,DDR5在今年开启蓬勃发展元年。

眼下,我们距DDR5产品显然更进一步。DDR5的开发分阶段进行,包括内存控制器、接口、电气等效测试IP和模组。科技媒体AnandTech指出:“SK海力士已经进行到了最后一个阶段,至少是完成了模组中的芯片”

10月6日,SK海力士宣布推出全球首款DDR5 DRAM。此番成果意味着,在即将到来的DDR5时代,SK海力士随时能够销售相关产品。继今年7月JEDEC固态存储协会正式发布DDR5内存标准规范后,SK海力士也再次将DDR5带入我们的视野。

存储三强起跑

DRAM存储器有三种主流技术,分别是DDR、LPDDR和GDDR。按照应用类型,DDR又可以划分为PC端、服务器端、以及消费端。

目前,Graphics DRAM推进最快。终端主流显卡去年陆续导入DDDR6,全球市场研究机构TrendForce集邦咨询预测,今年三星GDDR6的渗透率预期将达到7成左右。

用于智能手机等移动终端的低功耗LPDDR5导入速度次之,目前已经被不少高端手机采用。一方面是由于规格定义较早;一方面得益于高通和联发科两大平台的支持。同样据TrendForce集邦咨询预测,LPDDR5将在2022年正式取代LPDDR4成为市场主流。

DDR阵营内,消费级DRAM推进迟缓,目前消费性电子产品仍然处于DDR3到DDR4的转换期,预计初期导入要到2023年。考虑到推进时程,以及DDR5本身就侧重数据中心等应用场景的特点。故当前讨论DDR5时,我们主要着眼于服务器和PC端市场。

技术转换预计带来成本降低和溢价商机,各大厂商卡位DDR5有着通顺的逻辑。基于此,把控全球超95% DRAM市场份额的存储三强超前布局并互相追赶。

存储器龙头三星电子在2018年2月开发出首款DDR5 DRAM,并在今年3月宣布,将于2021年正式开始量产DDR5内存。

虽然最初的开发进程稍慢,但位居DRAM市场第二名的SK海力士,仍用上了“全球第一”或者说“首款”这样的营销术语。2018年11月,SK海力士宣布成功开发全球第一款满足JEDEC标准规范的16Gb DDR5 DRAM。

美光的1纳米制程DDR5已经送客户试样,计划在2020到2023年间陆续发展1Z、1A与1B纳米制程,并将于2021年面向利基型终端产品量产8Gb小容量解决方案。

内存标准规范在今年7月确立后,DDR5大战正式拉开序幕。在此之后的最新动态,即是SK海力士于近日宣布推出全球首款DDR5 DRAM。

整体来看,丝毫不令人意外的是,韩系厂商已经抢占DDR5时代的高地。

国内方面,国产存储在今年取得突破,不过目前还没有本土厂商真正进入DDR5赛场内。长鑫存储已经能够批量生产DDR4内存芯片、DDR4模组及LPDDR4X移动内存,虽然其采用的19nm工艺相比三星落后了两到三代水平,但仍属于目前主流水平。

DDR世代更迭的列车向前,内存接口芯片厂商仍能搭上顺风车。澜起科技计划在今年完成DDR5第一代内存接口及其配套芯片量产版本芯片的研发。随着技术的迭代,内存接口芯片新产品的价格不断上涨,澜起科技也将分羹溢价商机。

关于目前的赛局,来自TrendForce集邦咨询的分析师透露了更多细节:目前来看,厂商封装以16Gb为准,有助于8Gb切换到16Gb世代;制程工艺以1Y与1Z为主。分析师还强调,决定DDR5渗透率的关键是平台,当前服务器端明显快于PC端。

EUV导入DRAM进行时

DDR5竞赛当前,龙头厂商仍在改良第四代内存,成为近期值得关注的小趋势,其原因何在?

SK海力士预估,2022年DDR5将占全球市场的10%,2024年将增至43%。这也意味着,DDR4内存还会在长期内占据市场,为不断满足客户需求,进一步改良DDR4仍有其必要性。其次,考虑到DRAM产品同质性高、价格决定购买决策的产业特性,厂商降低制造成本的压力持续存在。

在满足消费者需求,提升成本结构并提高生产效率为导向的竞争策略之外,存储厂商不断改进成熟产品的工艺,也是在一同对抗着存储产业的周期。

由于供需失衡,存储产品价格自2018年中进入下行通道,这一态势延续到2019年底。虽然DRAM现货价格近期出现久违涨势,下半年仍然承压。

长期来看,随着中国本土厂商在DRAM领域崛起,并进一步对市场供求关系施加影响,韩系厂商原本就紧绷的神经更是无法放松。

从头部厂商当前采取的策略来看,除了持续转进1Znm、1alpha纳米制程,EUV光刻技术的引入,成为今年存储厂商改进内存产品的鲜明主线。EUV指极紫外光刻,EUV光刻设备能够以更短时间刻画出细微电路。三星表示,引入EUV不仅能够提升存储器的性能,也能使效率大幅提升。

在DRAM领域,三星率先跨入EUV世代。2020年3月,该公司成功开发了基于EUV光刻技术的第四代10纳米级(1a)DRAM。三星还计划在2020年下半年引入EUV光刻设备,量产第四代10纳米级(1a)16Gb DDR5 DRAM。

三星电子副董事长李在勇最近飞往荷兰拜访EUV设备唯一生产商ASML,以确保EUV设备的安全。不仅是为了和台积电抢夺先进制程订单,也是为了在DRAM领域升级工艺。

SK海力士计划在2020年底之前完成无尘室的建设,并在2021年引进EUV设备,以生产第四代10纳米DRAM。

积极的一面是,市场预期,在存储器工艺技术的拐点处,也就是DDR4向DDR5转换之际,供应将进一步趋紧,这将有助于厂商改善营运。

One More Thing

DDR4到DDR5的技术迭代还意味着什么?

在CPU等运算半导体领域,台积电和英特尔率先采用EUV;而在存储器领域,三星开创了应用EUV光刻设备的先河。三星在克服DRAM挑战的同时获取竞争优势,也在不断地引领着行业突破极限。

2018年6月,三星电子副社长李圭弼在题为“半导体的技术没有极限”的演讲中指出:10年前大家都认为DRAM技术将在2015年面临极限,然而三星的团队却克服了。如今存储器即将借助EUV跨过10纳米制程大关,真像是历史的回响。

回到商业范畴,DRAM市场有着超高市场集中度,价格呈周期波动态势,技术创新才是对抗周期的不二法门。与此同时,DRAM跨足EUV世代,NAND Flash 150层叠堆技术再升级……存储厂商竞合的商业战争之外,存储技术的演进也分外精彩。

封面图片来源:SK 海力士