DDR5，為寒潮退去做足了準備

2020年7月，JEDEC協(xié)會正式公布了DDR5標準，起步4800MHz，未來可以達到6400MHz。

從此DDR5開始進入大廠研發(fā)和量產(chǎn)的舞臺。Yole Group做出預測指出，DDR5的廣泛采用應(yīng)該會從2022年的服務(wù)器開始，手機、筆記本電腦和PC等主流市場則是2023年開始廣泛采用DDR5。

今年下半年半導體行業(yè)開始經(jīng)歷陣痛，大廠財報叫苦連連，被稱為半導體行業(yè)風向標的存儲也價格一跌再跌。然而同時在2022年下旬，陸續(xù)有許多邊緣運算方案供應(yīng)商推出了以DDR5為主要運算核心的次世代系統(tǒng)，可以預料以DDR5為新主流電腦市場的競賽，儼然將于2022年底正式展開。

DDR5，是寒冬里的第一束光嗎？

三星電子、SK海力士和美光，正在減產(chǎn)、應(yīng)對庫存問題、節(jié)約資本開支，并推遲先進技術(shù)的進展，以應(yīng)對存儲器需求的疲軟態(tài)勢。存儲器是半導體市場占比的最高分支，2021年市場空間大約1600億美元，也在電子產(chǎn)品中隨處可見，它是一項標準化的產(chǎn)品，在國際市場上發(fā)展得很成熟，產(chǎn)業(yè)隨庫存、需求、產(chǎn)能的變化具有明顯的周期性，廠商的生產(chǎn)和盈利情況隨行業(yè)周期性波動而劇烈變動。

根據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2022年閃存（NAND）市場的增長率只有23.2%，這達到近8年來最低增長數(shù)值;內(nèi)存（DRAM）的增長率僅有19%，并預計在2023年進一步降至14.1%。 市場的供過于求強烈推動了下行周期，這也是DRAM和NAND低價的主要原因。2021年廠商們在擴產(chǎn)方面較為樂觀，NAND和DRAM還供不應(yīng)求，隨著需求端在2022年開始下降，行情進入供過于求。

SK海力士在三季度財報中說，DRAM和NAND產(chǎn)品需求低迷，銷量和價格雙雙下降。SK海力士在三季度財報會上表示，為優(yōu)化成本，公司在三季度努力提高新品的銷售比例和良率，但是大幅降價超過了降低的成本，營業(yè)利潤也有所下降。

三星電子、SK海力士、美光三家廠商內(nèi)存的產(chǎn)出量在今年僅保持了12-13%的增長。2023年，三星電子的產(chǎn)出量還將減少8%，SK海力士減少6.6%，美光減少4.3%。

大廠在資本支出、擴產(chǎn)方面行為謹慎。SK海力士表示，明年資本開支將同比減少50%以上，今年的投資預計在10-20萬億韓元左右。美光也稱會大幅削減2023財年的資本支出，并降低制造廠的利用率。

DDR4在約10年的時間里一直是DRAM的主力產(chǎn)品。不過，業(yè)界預測今年將是DDR5的預熱年，而從明年開始，DDR5滲透率將大幅提升。

相比DDR4的優(yōu)勢

實際上早在2016年，美光就曾發(fā)布關(guān)于DDR5內(nèi)存的相關(guān)信息。從美光當時公布的文件來看，DDR5內(nèi)存將從8GB容量起步，最高可達單條32GB，I/O帶寬能達到3.2-6.4Gbps，同時電壓1.1V，內(nèi)存帶寬將為DDR4內(nèi)存的兩倍。此外，美光當時還在芯片論壇上表示DDR5內(nèi)存將從3200MHz起步，主流內(nèi)存頻率可達6400MHz。從已經(jīng)公布的產(chǎn)品情況來看，當時美光的預測偏差不大。目前已經(jīng)亮相的DDR5內(nèi)存大多是4800MHz，但廠商也并未表示不會出3200MHz系列。同時，據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，在主板開啟XMP超頻的話，內(nèi)存頻率可達8400MHz。

在官方介紹中，針對DDR5和DDR4內(nèi)存的一些硬性指標進行了對比。與上一代產(chǎn)品DDR4相比，DDR5提供2個獨立子通道，速度（帶寬）快約2倍，同時額定電壓為1.1V，低于DDR4（1.2V），耗電降低約20%。

事實上，DDR5模塊與DDR4模塊之間的一個關(guān)鍵區(qū)別就是前者存在子通道。一個標準的DDR5模塊有兩個獨立的子通道，每個子通道最多有兩個物理軟件包級別。每個DRAM包都可以在主/次拓撲中配置，以實現(xiàn)增加密度的額外邏輯級別。正因為如此，內(nèi)存的并發(fā)性在DDR4的基礎(chǔ)上提升了一倍，信號能夠更完整高效地傳遞。DDR5DIMM新架構(gòu)提高了并發(fā)性，并使系統(tǒng)中可用的內(nèi)存通道增加了一倍，從而實現(xiàn)內(nèi)存性能的提升。

根據(jù)已經(jīng)公開的資料顯示，在優(yōu)化DDR5 DRAM內(nèi)核運算能力上，DDR5內(nèi)存增加了內(nèi)置糾錯碼（ECC），全面實現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯能力，進一步提高數(shù)據(jù)完整性，同時也緩解了系統(tǒng)錯誤校正負擔并充分利用DRAM讀寫的高效機制。同時，有的DDR5品牌在研發(fā)時還加入了SAME-BANK Refresh（同步刷新）功能。此命令允許刷新每個BG中的一個Bank，使所有其他Bank保持打開狀態(tài)以繼續(xù)正常操作。

相較于DDR4，DDR5的劣勢約可整理為以下兩方面：

溫度：因DDR5是以極高速運轉(zhuǎn)，因此須留意系統(tǒng)機構(gòu)散熱，避免IC和電源管理IC溫度過高

價格：隨著規(guī)格提升，DDR5價格也較DDR4高出逾50%，可能成為企業(yè)的阻礙。但如前所述，包括5G、機器學習（ML）等各類進階應(yīng)用中，DDR5的整體效能、規(guī)格的提升，對相關(guān)企業(yè)來說仍具一定優(yōu)勢與吸引力。

在DRAM這個重要的存儲芯片細分領(lǐng)域，三星、SK海力士和美光是當之無愧的佼佼者。研究機構(gòu)ICInsights的數(shù)據(jù)顯示，2021年三大廠商共占據(jù)DRAM市場94%的份額。具體來說，三星作為DRAM市場的第一大企業(yè)，坐擁43%的市場份額；三星的“韓國同胞”SK海力士則占據(jù)28%的市場份額；美光強勁的發(fā)展態(tài)勢同樣引人注目，目前占據(jù)23%的DRAM市場份額。DDR5作為一種正在開發(fā)的高帶寬電腦存儲器規(guī)格，目前在DRAM市場受到的關(guān)注度越來越高，或許會成為三家廠商提升自身市場競爭力的關(guān)鍵點之一。

據(jù)了解，與DDR4相比，DDR5將提供兩倍以上的有效帶寬，有助于緩解每個核心的帶寬緊張，進一步推動CPU內(nèi)核數(shù)量的增加，使計算能力逐年提高。

事實上，三大廠商在2021年下半年就陸續(xù)宣布量產(chǎn)DDR5產(chǎn)品。三星作為DRAM市場中市占率第一的廠商，自然不會錯過這一發(fā)展機會。2021年，面向DDR5模塊，三星選擇幫助數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務(wù)器和PC應(yīng)用程序充分利用DDR5性能，以完成高要求、高內(nèi)存密集型任務(wù)。2021年5月18日，三星宣布推出集成能源管理電路（PMIC）——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01，用于DDR5雙列直插式存儲模塊（DIMM）。

現(xiàn)階段，三星正在與AMD共同研發(fā)單條容量達512GB、甚至1TB的DDR5內(nèi)存產(chǎn)品。三星在與AMD的探討中，找到了DDR5DRAM的研發(fā)新方向，能夠?qū)?nèi)存核心容量提高到32Gb，將堆棧層數(shù)提升至8H，多種技術(shù)之下可以實現(xiàn)32Gb、3DS、8H堆棧，使系統(tǒng)內(nèi)存容量可提升至32TB。

SK 海力士競爭籌碼

SK海力士在DRAM市場占據(jù)28%的市場份額，對于DDR5同樣勢在必得。單從時間節(jié)點來看，SK海力士在DDR5市場先聲奪人，于2021年10月推出了全球首款DDR5產(chǎn)品，發(fā)布產(chǎn)品的時間節(jié)點略微領(lǐng)先其他兩個廠商。

近期，SK海力士宣布，已經(jīng)開發(fā)出了首款基于DDR5DRAM的CXL存儲器樣品。SK海力士方面表示，基于PCIe的CXL是為了高效使用CPU、GPU、加速器、存儲器等而開發(fā)的全新規(guī)范化接口。SK海力士開發(fā)的首款CXL存儲器是采用最新技術(shù)節(jié)點1anm DDR5 24Gb的96GB產(chǎn)品。SK海力士預計將在近期的全球性半導體活動中推出實物產(chǎn)品，明年開始批量生產(chǎn)。

對于SK海力士而言，EUV光刻也是重要的競爭籌碼。此前，DRAM生產(chǎn)大多不需要先進工藝去完成，而是采用成熟的制程節(jié)點，涉及的元器件數(shù)量較少。三星作為第一個“吃螃蟹的人”，讓DRAM的技術(shù)進入了新紀元，SK海力士作為三星的勁敵，自然不會落后，在2021年2月完成了首個用于DRAM的EUV晶圓廠M16，正式引入了EUV光刻設(shè)備。2021年7月，SK海力士宣布量產(chǎn)了1anm工藝的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息，SK海力士將與JSR聯(lián)合研制DRAMEUV光刻膠，以推動實現(xiàn)EUV用金屬氧化物PR的應(yīng)用，確保自身內(nèi)存技術(shù)領(lǐng)先。

“存儲器產(chǎn)品工藝制程不斷演進，已經(jīng)進入10nm級階段。隨著產(chǎn)品對性能、功耗等要求的提升，技術(shù)演進將需要借助EUV光刻機來進行探索。”在產(chǎn)能擴張方面，SK海力士目前正基本按照計劃推進。今年支出約21萬億韓元以建設(shè)DRAM和NAND產(chǎn)能。9月6日， SK海力士將在韓國忠北清州市建設(shè)新半導體生產(chǎn)工廠M15X。據(jù)悉，M15X將于今年10月動工，預計2025年年初竣工，決定在今后5年內(nèi)投資約15萬億韓元。對此，SK海力士副會長樸正浩表示，M15X的開建將成為公司奠定未來成長基礎(chǔ)的第一步。

美光表現(xiàn)強勁

美光科技CEOSanjayMerotra在8月29日宣布，將向企業(yè)銷售服務(wù)器用DDR5 DRAM。據(jù)美光方面介紹，其DDR5產(chǎn)品傳輸速率可達4800MT/s，比現(xiàn)有DDR4快約1.87倍，系統(tǒng)性能提升高達85%。與DDR4相比，CPU運算性能有所提高，人工智能、高性能計算等性能也可以最大化。比起三星和SK海力士，美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚?；蛟S是三星和SK海力士對于EUV光刻的追逐給美光帶來了一定壓力，美光如今也將EUV光刻技術(shù)用于DRAM發(fā)展。據(jù)了解，美光計劃從2024年開始，將EUV納入DRAM開發(fā)路線圖。

今年5月26日，美光表示在中國臺灣中科新廠啟用后，將導入最先進的EUV設(shè)備生產(chǎn)1αnm DRAM制程。美光在增加產(chǎn)能方面同樣采取了相應(yīng)舉措。9月1日，美光科技宣布，計劃于2030年之前投資150億美元，在美國愛達荷州博伊西（Boise）建造一座新的尖端存儲器制造廠。存儲器產(chǎn)品屬于大宗集成電路通用產(chǎn)品，標準性較高，重復性生產(chǎn)比例高。TrendForce集邦咨詢分析師吳雅婷表示，因為制程改進能造就的供給端位元增長空間有限，所以三大原廠可事先備好新工廠的建置。DDR5作為DRAM的新一代產(chǎn)品，各家新產(chǎn)品在速率、效能等各方面相較于DDR4都有明顯提升。

在產(chǎn)品單價、產(chǎn)能達到需求，英特爾和 AMD 等廠商的積極應(yīng)用推動下，DDR5 將會取代 DDR4 成為 DRAM 的主流產(chǎn)品，可能會成為第一寒冬里的第一束光。