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近期，有外媒報道，華為將于6月12日～17日在集成電路重要會議——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，并進行各種相關演示。
報道稱，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）構型晶體管3D DRAM技術，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器。長期以來，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、羅徹斯特理工學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在運行大型神經網絡時可以提供較大的區(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。
為此，中科院微電子所李泠研究員團隊聯(lián)合華為/海思團隊在集成電路器件頂級會議IEDM 2021上首次提出了新型垂直環(huán)形溝道器件結構（CAA）。
中科院微電子所表示，該結構有效減小了器件面積，且支持多層堆疊，該研究成果將推動IGZO晶體管在高密度DRAM領域的應用。
2021年8月，華為在一篇題為《奧林帕斯（2021）難題二：下一代存儲產業(yè)根技術突破》的文章中表示，未來將針對數(shù)據(jù)存儲領域關鍵根技術進行突破，其中，新型內存替代介質技術主要包括FeRAM/、MRAM、PCM、3D DRAM等新型內存介質的材料、器件、控制器技術。
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（高帶寬存儲器）為代表性產品。
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。隨后三星等存儲巨頭也展開了升級競賽。
據(jù)悉，HBM基于DRAM技術，使用TSV（硅過孔）技術將數(shù)個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)，隨后三星等存儲巨頭也展開了升級競賽。
經過HBM、HBM2、HBM2E、以及HBM3幾代更迭，目前，HBM內存技術已成功升級到HBM3標準（第四代HBM）。SK海力士、三星、美光等存儲廠商均曾表示將致力于開發(fā)HBM3內存。NVIDIA、Synopsys、Rambus等企業(yè)也在布局當中。
與傳統(tǒng)內存技術相比，HBM具有更高帶寬、更多I/O數(shù)量、更低功耗、更小尺寸，可應用于高性能計算（HPC）、超級計算機、大型數(shù)據(jù)中心、AI、云計算等領域。
3、3D DRAM商業(yè)化尚需時日
3D DRAM是一種將存儲單元堆疊至邏輯單元上方的新型存儲方式，可以實現(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)國外媒體BusinessKorea報道，三星正在加快3D DRAM的研究和開發(fā)，并且已經開始加強相關團隊建設。報道稱，三星已經開始開發(fā)一種躺著堆疊單元的技術，這是與HBM不同的概念，后者是通過將多個模具堆疊在一起產生的。
此外，美光等存儲巨頭也在考慮開發(fā)3D DRAM。有報道稱，美光提交了一份與三星不同的3D DRAM的專利申請。與此同時，應用材料和泛林集團等全球半導體設備制造商也開始開發(fā)與3D DRAM有關的解決方案。
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)化還需要一些時間，有業(yè)內人士認為，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為，3D DRAM最早可能于2027年開始初期生產，到2028或2029年開始實質性量產。至于未來發(fā)展如何，我們拭目以待！
文 | 全球半導體觀察 劉靜
