存储市场酝酿新一轮DRAM技术革命

AI应用浪潮之下，高性能存储器需求持续攀升，以HBM为代表的DRAM风生水起。同时，为进一步满足市场需求，存储厂商也在酝酿新一轮DRAM技术“革命”。

01

4F Square DRAM顺利开发

韩媒消息，近期三星电子副总裁柳昌植对外表示，三星下一代DRAM技术进展良好，除了1b DRAM正在顺利量产之外，4F Square DRAM技术也在顺利开发，计划在2025年开发出4F Square DRAM的初始样品。

资料显示，4F Square是三星开发的下一代DRAM技术，其中“F”是特征尺寸（Feature Size），用以衡量DRAM单元中晶体管等组件尺寸；“Square”则用于衡量向单元中的晶体管施加电压的组件面积大小。

业界表示，早期DRAM单元结构是8F Square，目前商业化的DRAM主要采用6F Square，与上述两项技术相比，4F Square采用垂直信道晶体管 ( VCT：vertical channel transistor ) 结构，可将芯片表面积减少30%。DRAM密度与性能随着单元面积的减小而提升，因此AI等应用推动之下，4F Square这项技术也逐渐受到存储大厂的青睐。

此前三星表示，许多公司正努力将技术过渡到4F Square VCT DRAM，不过需要克服一些困难，包括开发氧化物沟道材料和铁电体等新材料等。业界认为，2025年三星4F Square DRAM的初始样品或为对内发布，另一家半导体厂商东京电子预估，采用VCT和4F Square技术的DRAM将在2027年至2028年出现。

图片来源：东京电子

除此之外，早前媒体还报道，三星计划应用混合键合（Hybrid Bonding）技术支持4F Square DRAM的生产，混合键合是下一代封装技术，指的是芯片垂直堆叠，能提高单元密度，进而提高性能，该技术也将对HBM4以及3D DRAM带来影响。

02

HBM4呼之欲出

AI时代下，HBM尤其是HBM3E在存储器市场发展如鱼得水，引发三大DRAM原厂争相布局。同时，新的较量也开始打响，主要围绕下一代HBM4技术展开。

图片来源：SK海力士

今年4月SK海力士已经宣布将携手台积电共同开发HBM4。据悉，两家公司将首先致力于针对搭载于HBM封装内最底层的基础裸片（Base Die）进行性能改善。HBM是将多个DRAM裸片（Core Die）堆叠在基础裸片上，并通过TSV技术进行垂直连接而成；为专注下一代HBM4技术的开发，三星已经成立了新的“HBM开发团队”。7月，三星电子存储部门新事业企划组组长Choi Jang-seok透露，公司正在开发单堆栈达48GB的大容量HBM4内存，预计明年投产。近期，媒体报道，三星计划使用4nm先进制程工艺生产HBM4 逻辑裸晶（Logic Die）；美光则规划2025年—2027年推出HBM4 ，而到2028年则正式步入HBM4E。

除了生产工艺之外，DRAM原厂针对未来HBM，还在积极布局混合键合技术。相较现有键合工艺，混合键合无需在DRAM内存层间添加凸块，而是将上下两层直接铜对铜连接，可显著提高信号传输速率，更适应AI计算对高带宽的需求。

今年4月，媒体报道三星成功制造了基于混合键合技术的16层堆叠HBM3内存，该内存样品工作正常，未来16层堆叠混合键合技术将用于HBM4量产；SK海力士计划于2026年在其HBM生产中采用混合键合；此外，美光也正着手开发HBM4，会考虑采用包括混合键合在内等相关技术，目前一切都在研究中。

03

3D DRAM进程加速

3D DRAM（三维动态随机存取内存）是一种具有全新存储单元结构的DRAM技术，不同于传统DRAM水平放置存储单元，3D DRAM通过垂直堆叠存储单元的方式，可显著提高单位面积内的存储容量并带来更高的效率，因而被视为下一代DRAM发展的关键。

传统DRAM与3D DRAM比较（图片来源：应用材料）

存储器市场中，3D NAND Flash早已实现商业化应用，3D DRAM技术则仍处于研发阶段。不过，随着AI、大数据等应用快速发展，高容量、高性能存储器需求也将攀升，未来3D DRAM有望成为存储器市场主流产品之一。

HBM技术开启了DRAM 3D化之路，让DRAM从传统2D走向了3D，不过当前的HBM并不能被认同为3D DRAM技术。三星4F Square VCT DRAM与3D DRAM概念更为接近，但这不是3D DRAM唯一的方向与目标，存储厂商对3D DRAM有着更丰富设想。

三星计划2030年实现3D DRAM商业化发展，2024年三星对外展示了两项3D DRAM技术，包括VCT和堆叠DRAM（Stacked DRAM），三星首先引入VCT技术，之后升级到堆叠DRAM，将多组VCT堆在一起，以持续提升DRAM容量与性能。针对堆叠DRAM，三星表示，其可充分利用Z轴向空间，较小面积容纳更多存储单元，单芯片容纳提升至100Gb以上。今年5月，三星表示，包括三星在内的一些公司已经成功制造出16层3D DRAM，他同时强调，现阶段公司不准备大规模生产3D DRAM产品。3D DRAM预计将通过晶圆对晶圆（wafer-to-wafer）等混合键合技术来制造，同时三星也在考虑把BSPDN（背面供电网络）技术应用于3D DRAM。

美光方面，据业界爆料，美光提交了与三星不同的3D DRAM专利申请，计划在不放置cell的情况下改变晶体管和电容器的形状。

SK海力士方面，6月韩媒BusinessKorea报道，SK海力士5层堆叠的3D DRAM的制造良率已达56.1%。这意味着在单个测试晶圆上制造的约1000个3D DRAM中，约有561个可行器件被生产出来。实验性的3D DRAM显示出与目前使用的2D DRAM相似的特性，业界表示，这是SK海力士首次披露其3D DRAM开发的具体数字和特性。

除此之外，美国NEO半导体公司（NEO Semiconductor）也在布局3D DRAM。去年，NEO半导体宣布推出全球首款3D DRAM原型：3D X-DRAM。该技术与3D NAND Flash类似，都是堆叠层数提高内存容量，有良率高、成本低、密度大幅提升等优点。

图片来源：NEO半导体

NEO半导体表示2025年将推出第一代3D X-DRAM就有230层堆栈，核心容量128Gb，相较2D DRAM内存16Gb容量，提升数倍。

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