三星DRAM，关键一战

格隆汇05-22

在先进工艺陷入沼泽之后，3D DRAM成为了行业的共识。传统的 DRAM 中，晶体管集成在一个平面上。而在3D DRAM中，晶体管堆叠成多层，从而使晶体管分散。采用3D DRAM结构可以加宽晶体管之间的间隙，减少漏电流和干扰。3D DRAM技术打破了内存技术的传统范式。这是一种新颖的存储方法，将存储单元堆叠在逻辑单元之上，从而在单位芯片面积内实现更高的容量。此前，半导体观察曾经在文章《DRAM，...

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单元由一个晶体管和一个电容器组成。晶体管是一种用于电气开关和电压放大的器件。它由源极、栅极和漏极按顺序组成，具体取决于电流流动的方向。位于漏极上方的电容器是暂时存储电荷的装置。为了操作该单元，以棋盘形式布置向栅极端子施加电压的字线(WL)和向漏极端子施加电压的位线(BL)。早期DRAM的单元结构是由4条位线和2条字线组成的8F正方形。然后，从80纳米DRAM开始，应用6F方形（3条位线，2条字线）。随着单元面积的减小，DRAM 集成度和性能可以提高。为了进阶到4F Square，Cell结构必须发生重大变化。现有的DRAM具有水平排列的晶体管，但为了实现4F Square，需要VCT结构将它们垂直排列。Lee副总裁解释说：“许多公司正在努力过渡到4F Square VCT DRAM，”他补充道，“但是，要实现这一目标，必须优先开发氧化物沟道材料和铁电体等新材料。”垂直沟道晶体管 (VCT：vertical channel transistor) 可以是一种 FinFET，其中导电沟道被薄硅“鳍片”包裹，形成器件主体。VCT 也可以是环栅 (GAA) 晶体管，其中栅极材料从所有侧面包围导电沟道。通常，DRAM 采用 3D 晶体管与实现 4F^2 单元设计相关，就制造成本而言，4F^2 单元设计被认为是有史以来最高效的存储单元布局之一。领先的晶圆制造工具制造商Tokyo Electron预计，采用 VCT 和 4F^2 单元设计的 DRAM 将在 2027 年至 2028 年开始出现。该公司认为，制造基于 VCT 的 DRAM；存储器制造商将不得不采用新材料来制造电容器和位线。在分析人士看来，4F Square 设计将利用垂直堆叠将 DRAM 单元尺寸比当今标准 6F Square DRAM 单元结构减小约 30%。4F Square 除了水平更加紧凑之外，还将比其前代产品变得更加节能，但需要极高的制造精度、更好的生产材料以及进一步的研究以使其可扩展和大规模生产。三星的 4F Square 工艺将于 2025 年进行内部发布。垂直 DRAM 堆叠（如 4F Square 和最终真正的 3D DRAM）是 DRAM 容量增加和效率创新的下一步。十多年来，业界一直致力于这个方向，但特别受到3D NAND商业和功能成功的推动，3D NAND 的原理与 NAND 闪存类似。三星于 2013 年首次向市场推出的 3D NAND（三星称之为 V-NAND）将成为 3D DRAM 的灵感来源，但也有一个重大问题。NAND闪存是一种被动供电技术，因此它可以在断电时保存数据，就像手机即使在断电时也可以存储文件一样。这种非易失性存储器与DRAM有很大不同，DRAM是易失性存储器，只有在通电的情况下才能保存数据。DRAM 的易失性使其比 NAND 更快、更可靠，但也使得堆叠 DRAM 层比堆叠 NAND 困难得多，因为更多的功率和数据必须能够在堆叠层上上下移动。为此三星方面表示，三星电子也在开发3D DRAM，目标是在2030年实现商业化。3D DRAM 是一种通过垂直放置位线或字线来垂直堆叠单元的技术。除了新材料之外，DRAM中还必须引入晶圆键合（W2W）技术，即直接将晶圆与晶圆连接起来的技术。三星副总裁表示，“目前开发3D DRAM的主要存储器公司正在研究将单元堆叠至约16层的应用可能性”，并补充道，“据我所知，美国竞争对手也在尝试8层堆叠。”三星的关键一役在笔者看来，对于三星而言，在3D DRAM上能否取得成功，是决定他们未来能否力挽狂澜的关键。根据数据显示，去年第四季度，三星电子在DRAM市场上占有45.5%的份额，拉大了与第二名SK海力士和第三名美光的市场份额差距，证明了其在DRAM市场的优势。然而，正如大家平时所看到，HBM需求的猛增，让SK Hynix找到了超车的机会，这家千年老二的逆袭。根据 TrendForce预测，整个行业到2024年，HBM将占DRAM收入的20.1%，是2023年HBM 8.4%收入份额的两倍多。其中，SK 海力士目前占据HBM 市场约 50% 的份额。SK Hynix同时还和台积电携手，在巩固其HBM市场。由此可见，如果按照这个增长力度往下走，SK Hynix的增长，进一步威胁三星是板上钉钉的事实，这也促使了三星做出了转变。近日，三星任命副董事长Jun Young-hyun为 DS （Device Solutions）部门新任首席执行官。即将离任的部门负责人 Kyung Kye-hyun 被任命为未来业务规划负责人。从形式上看，这是一次洗牌。因为据消息人士称，Kyung 已经辞职是为了对最近的事态发展承担责任，因为数据显示，该部门名为设备解决方案（DS）部门，去年录得 15 万亿韩元的运营亏损，是有史以来最差的业绩。对于 DS 部门的大多数人来说，他的继任者由于时间安排而感到震惊。相关报道指出，新任主管 Jun 在 LG 半导体开始了他的职业生涯，并于 2000 年加入三星的内存业务。他曾担任 DRAM 和 NAND 的开发主管，并负责该业务部门的战略营销。他于 2014 年成为内存业务负责人，并领导该部门直到 2017 年被调任为三星 SDI 首席执行官。今年早些时候，他被任命为未来业务规划主管。其实在这次任命以前，三星DS部门过去一年中曾有过零星的低级高管职位改组。去年 7 月，DS 部门为三星代工任命了一位新的 DRAM 开发主管和一位新的首席技术官。仅仅过了五个月，CTO就在12月再次更换。这些任命被视为领导层对 DS 部门的警告。现在连首席执行官也换了。按照韩媒theelec报道，引致三星这波变动，罪魁祸首可能就是HBM。据报道，三星在 HBM2E 之前的 HBM 市场中处于领先地位。然而，它在 HBM3 领域的市场份额被 SK Hynix 夺走。根据市场追踪机构TrendForce的数据，去年SK海力士占据HBM 53%的市场份额，其次是三星，占38%。美光控制了9%。SK Hynix 的客户有 Nvidia，而三星的客户有 AMD、Amazon Web Services 和 Rebellion。另一个原因是三星在芯片技术成熟度方面不再领先。该公司在传统存储芯片方面始终领先一代以上。这使得它能够比竞争对手先推出新产品并更快地降低成本。但这个差距也已经缩小。例如，美光在 2021 年领先于三星推出了 10 纳米 (nm) 1a DRAM。在 1b DRAM 方面，三星与两个竞争对手持平。过去，科技巨头在技术方面领先至少一年或一年半。这导致三星去年宣布减少产量。尽管三星执行董事长李在镕此前表示该公司不会降低产量。在代工或代工芯片生产方面，三星已被台积电锁定为亚军。TrendForce表示，第四季度台积电的市场份额为61.2%，而三星则为11.3%。The elec指出，三星最重要的目标是通过 Nvidia 对 HBM 的质量测试。消息人士称，三星的 8 堆栈 HBM3E 尚未获得 GPU 制造商的批准。英伟达是目前最大的人工智能芯片制造商，因此三星必须确保其成为客户。一位知情人士表示，Kyung 是 NAND 专家，Jun 是 DRAM 专家，Jun 的首要任务将是提高公司的 HBM 能力。当然，新管理层的的第二个任务是为晶圆厂争取一个大客户。三星尚未获得 7 纳米及以下节点先进节点的有意义的客户。英特尔再次加入代工市场，这家美国芯片制造商已经在与三星在该领域的合作伙伴联系。在SK海力士有拉开之势的同时，美光也在紧随其后，大举发力。再考虑到中国国内同行的火力全开。对于三星而言，这场仗看起来不会轻松。","kind":null,"is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; 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