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【存储器】华为/中科院共研成果即将亮相?3D DRAM商业化尚需时日

来源:全球半导体观察    原作者:刘静    

近期,有外媒报道,华为将于6月12日~17日在集成电路重要会议——VLSI Symposium 2022上发表与中科院微电子研究所合作开发的3D DRAM技术,并进行各种相关演示。

报道称,华为与中科院方面开发了基于铟镓锌氧IGZO-FET(由 In、Ga、Zn、O 组成的透明氧化物)材料的CAA(Channel-All-Around)构型晶体管3D DRAM技术,具有出色的温度稳定性和可靠性。

一、华为将展示新型3D DRAM成果

DRAM是一种易失性的、基于电容的、破坏性读取形式的存储器。长期以来,DRAM的挑战一直是如何在不增加功耗的情况下继续封装在更低的成本中。

佐治亚理工、圣母大学、罗彻斯特理工学院的研究者提出了一种新型的无电容DRAM(2T0C DRAM)。该研究小组表示,这种新型的DRAM在运行大型神经网络时可以提供较大的区域,节省大量能源。

据中科院微电子研究所此前介绍,基于IGZO晶体管的2T0C-DRAM有望克服传统1T1C-DRAM的微缩挑战,但缺乏密度优势。

为此,中科院微电子所李泠研究员团队联合华为/海思团队在集成电路器件顶级会议IEDM 2021上首次提出了新型垂直环形沟道器件结构(CAA)。

中科院微电子所表示,该结构有效减小了器件面积,且支持多层堆叠,该研究成果将推动IGZO晶体管在高密度DRAM领域的应用。

2021年8月,华为在一篇题为《奥林帕斯(2021)难题二:下一代存储产业根技术突破》的文章中表示,未来将针对数据存储领域关键根技术进行突破,其中,新型内存替代介质技术主要包括FeRAM/、MRAM、PCM、3D DRAM等新型内存介质的材料、器件、控制器技术。

二、HBM开启DRAM 3D化之路

随着芯片尺寸的不断微缩,DRAM工艺的微缩变得越来越困难,平面DRAM的“摩尔定律”正在逐渐走向极限,各大厂商开始将目光锁定3D化发展。其中,HBM(高带宽存储器)为代表性产品。

2014年,AMD和SK海力士宣布携手开发HBM,开启了DRAM 3D化发展道路。随后三星等存储巨头也展开了升级竞赛。

据悉,HBM基于DRAM技术,使用TSV(硅过孔)技术将数个DRAM芯片堆叠起来。凭借TSV方式,HBM大幅提高了容量和数据传输速率。

HBM最早由AMD携手SK海力士(2014年)开发,随后三星等存储巨头也展开了升级竞赛。

经过HBM、HBM2、HBM2E、以及HBM3几代更迭,目前,HBM内存技术已成功升级到HBM3标准(第四代HBM)。SK海力士、三星、美光等存储厂商均曾表示将致力于开发HBM3内存。NVIDIA、Synopsys、Rambus等企业也在布局当中。

与传统内存技术相比,HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸,可应用于高性能计算(HPC)、超级计算机、大型数据中心、AI、云计算等领域。

三、3D DRAM商业化尚需时日

3D DRAM是一种将存储单元堆叠至逻辑单元上方的新型存储方式,可以实现单位面积上更高的容量,解决平面DRAM工艺微缩愈加困难的挑战。

尽管HBM的出现开启了DRAM 3D化发展道路,但必须要指出的是,与NAND Flash闪存3D化的迅速发展不同,目前,3D DRAM的发展尚处于探索阶段。

今年年初,据国外媒体BusinessKorea报道,三星正在加快3D DRAM的研究和开发,并且已经开始加强相关团队建设。报道称,三星已经开始开发一种躺着堆叠单元的技术,这是与HBM不同的概念,后者是通过将多个模具堆叠在一起产生的。

此外,美光等存储巨头也在考虑开发3D DRAM。有报道称,美光提交了一份与三星不同的3D DRAM的专利申请。与此同时,应用材料和泛林集团等全球半导体设备制造商也开始开发与3D DRAM有关的解决方案。

不过,由于新材料开发的困难和物理限制等因素,3D DRAM的商业化还需要一些时间,有业内人士认为,全球首款3D DRAM将在2025年左右问世。瑞银投资银行全球研究部则认为,3D DRAM最早可能于2027年开始初期生产,到2028或2029年开始实质性量产。至于未来发展如何,我们拭目以待!

封面图片来源:拍信网