谁是DRAM的替代者？下一代DRAM，关注什么？

长期以来，人们一直期望持久内存会带来计算范式的转变，但这不太可能很快发生。在最近的一次网络研讨会上，存储网络行业协会 (SNIA) 的业内人士表示有信心新技术将取代 DRAM 等现有内存技术，但在本十年末之前可能不会出现。

SINA的 Arthur Sainio、Tom Coughlin 和 Jim Handy 在回答媒体和行业观察人士的问题时表示，持久内存已经与现代 DRAM 技术达到的速度相匹配，SK Hynix 和 Micron 的铪铁电体就证明了这一点。然而，他们无法直接回答哪些新兴内存技术将最终取代客户端 PC 和服务器中的 DRAM。

虽然铁电存储器以写入周期快而闻名，但不能保证它最终会占上风。这是因为 MRAM、FERAM 和 ReRAM 等多种新型内存技术都在竞相取代 SRAM、NOR 闪存和 DRAM 等现有标准。

专家表示，MRAM 相对于竞争对手具有重大优势，因为其读取速度在不久的将来“可能会与”DRAM 速度相媲美。自旋轨道扭矩和压控磁各向异性等新技术也减少了 MRAM 的写入延迟，使其成为有朝一日可能取代 DRAM 的主要候选技术之一。

然而，从 DRAM 过渡到持久内存的一大障碍是制造成本。虽然 DRAM 的生产成本相对较低，但持久性内存可能需要数年时间才能在价格方面变得具有竞争力。

阻碍持久内存采用的另一个问题是它目前使用 NOR 闪存和 SRAM 接口而不是 DDR。然而，这种情况在未来可能会改变，因为“任何内存技术都没有与任何类型的总线紧密耦合的天生特征。”

持久内存，顾名思义，即使没有电源也可以保留内容，这使其成为某些应用中的巨大资产。然而，专家们认为，尽管其好处显而易见，但在不久的将来其广泛采用仍存在许多障碍。就目前情况而言，我们可能不会在 2030 年代初之前过渡到新技术，“但可能会晚得多。”

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下一代DRAM，关注什么？

在内存市场“寒冬”期间，除了人工智能服务器和汽车电子等一些特定应用之外，对 DRAM 位的需求仍然疲软。特别是，自 2022 年底以来生成式 AI 应用（例如 ChatGPT）的兴起推动了数据中心市场对高速内存技术（即 DDR5 DRAM 和高带宽内存 (HBM)）的需求。

为了利用新的生成式 AI 浪潮并加速市场复苏，三星、SK 海力士和美光开始转移更多晶圆产能以抓住 HBM 机会，导致整体比特生产放缓并加速向供应不足的转变对于非 HBM 产品。预计到 2024 年，HBM 晶圆总产量将同比增长 100% 以上，达到约 150 kwpm。

在人工智能计算强劲需求的推动下，HBM 的增长将在很大程度上超过整个 DRAM 市场。在 2023 年比特出货量出现令人印象深刻的增长（同比增长 93%）之后，HBM 比特预计将在 2024 年（同比增长 147%）和未来五年（复合年增长率约 45%23-29）继续强劲增长；相比之下，数据中心 DRAM 位的 CAGR23-29 约为 25%。

就收入而言，HBM市场有潜力从2022年的约27亿美元增长到2024年的约140亿美元，分别相当于DRAM总体收入的约3%和约19%。

面向未来的DRAM技术

目前正在开发4F2 DRAM，与现有的6F2结构相比，芯片面积减少约30%，且无需使用更小的光刻节点。此外，从 2027 年开始引入 4F2 单元后，将采用 CMOS 键合阵列 (CBA) DRAM 架构，其中外围电路和存储器阵列在不同晶圆上加工，然后通过晶圆间混合键合堆叠在一起。

HBM 还需要混合键合来继续提高内存带宽和功率效率，并最大限度地减小 HBM 堆栈厚度。我们预计混合键合将从 HBM4 代（~2026 年）开始采用，该一代将采用每堆栈 16 个 DRAM 芯片，接口宽度增加 2 倍，高达 2,048 位。

尽管目前仍在寻找发展道路，但单片 3D DRAM 是最重要的长期扩展解决方案。3D-DRAM 开发的许多关键方面尚不清楚，前进战略也尚未确定。根据技术论文和专利申请，DRAM公司正在探索实现单片3D-DRAM的许多可能途径，其中包括带有水平电容器的1T-1C单元，以及无电容器选项，例如增益单元（2T0C）或1T-DRAM （例如，基于浮体效应）。2D 到 3D DRAM 的转变将引发 DRAM 行业的重大变革，本质上可以模仿 3D NAND 的历史。我们当前的市场模型假设 3D DRAM 将在 2030 年左右上市，并需要大约五年时间才能达到 10 mwpy（占 2035 年预测 DRAM 晶圆产量的 38%）。

HBM 领导权之争必将升级

自 2013 年以来，SK 海力士一直是 HBM 开发和商业化的先驱，目前以约 55% 的收入份额领先 HBM 市场，其次是三星，约占 41%。美光在 2020 年之前明显缺席 HBM。作为 HBM 业务的后来者，这家美国公司需要缩短上市时间，为此，他们将跳过 HBM3 代，直接推出 HBM3E 产品（又名 HBM3 Gen2） ）。

用于 DRAM 逻辑集成的先进封装技术和 DRAM 微缩替代传统光刻微缩技术将成为中国企业未来几年研发活动的重点。这些途径目前是开放的——现阶段不存在因商业限制而造成的重大障碍——中国将遵循这些途径，在不使用受限制的前沿设备的情况下开发高性能人工智能芯片。*通过利用超摩尔解决方案结合了逻辑和存储，中国将继续在各个领域争夺技术霸主地位，其中关键领域是人工智能计算。

审核编辑：刘清