半导体进入下行周期,存储作为半导体中举足轻重的一个门类,尤为疲软 。因为通货膨胀导致PC产品销售停滞、DRAM供应过剩,DRAM价格已经连续七个月下滑 。所以,关于存储,最近真的是没有什么好消息 。
另一边,新型存储也一直不温不火,各新型存储技术优势颇多,但真正商用还存在各种挑战 。
传统存储芯片技术和厂商在艰难中前行
半导体行业迎来下行周期,存储厂商苦不堪言 。从市场角度来看,第三季度,三大存储厂商的销售额都感受到了急剧下滑,三星电子的DRAM销售额为71.33 亿美元,环比下降34.2%;SK 海力士录得52.46亿美元,下降25.3%;
美光科技录得43.5亿美元,下降 26.3% 。而且SK海力士还预计将在第四季度出现亏损,这是10年来的首次 。
虽说汽车存储市场正在快速崛起,但相比之下,汽车存储器市场依旧是很小的一部分,据Yole的最新报告,2021年汽车存储器市场仅占全球存储器市场收入的2.6% 。
而且,汽车市场在质量、资格、可靠性、功能安全和供应寿命方面有特定要求,在Yole看来,汽车存储器业务正迎来前所未有的挑战和机遇 。
从技术来看,在“存储器”和“性能墙”两大高墙之下,传统存储发展越来越吃力 。由于工艺完整性、成本、单元泄漏、电容、刷新管理和传感裕度方面的挑战,存储单元缩放正在放缓 。
业界很早就关注到了传统存储在制程微缩上面临的困境,继续微缩将要花费更多时间、成本 。但即使这样,存储巨头们仍在先进技术上不断追赶 。
为了提高NAND Flash的容量,厂商们正在利用3D堆叠技术盖高楼,拼层数 。DRAM领域则聚焦制程迭代,随着工艺来到10nm及以下,价格高昂的EUV光刻机和3D堆叠技术开始成为厂商们比拼的关键利器 。
前不久,美光的DRAM技术1β(1-Beta) 节点正式量产出货,而三星和SK海力士还停留在1α阶段 。英特尔也重返了存储市场,表示希望重新思考DRAM存储器的架构,及与计算平台结合的基本面,以此来实现突破性的效能提升 。
如今的CPU、GPU和各种SoC通常利用SRAM(静态随机存取存储器)来处理数据缓存,即使是智能手机的通用处理器、图形芯片和应用处理器也携带着巨大的缓存,虽然逻辑芯片可以随着工艺勉强扩展下去,但是SRAM单元却一直落后 。
台积电的一篇论文中表示,SRAM的微缩似乎已经完全崩溃 。
据WikiChip的报道,在今年的第68届年度IEEE国际电子器件会议 (IEDM) 上,台积电谈到其新的N3节点中高密度SRAM位单元大小根本没有缩小,在0.021μm?处与他们的N5节点的bitcell大小完全相同 。
然而,在0.0199μm?,它只有5%的缩放(或0.95倍收缩) 。
也就是说,台积电的N3B和N3E虽都提供了1.6倍和1.7倍的芯片级晶体管缩放,但SRAM却只有1倍和1.05倍的缩放 。
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SRAM的缩放进入极限不仅是台积电一家感受到了,英特尔最近宣布的Intel 4进程SRAM 缩放比例已从历史上的0.5-0.6倍放缓至0.7-0.8 倍 。所以可以看出,在3nm及以下节点按照传统方式进行SRAM缩放似乎已经结束 。
所以SRAM也进入了一个有趣的拐点,未来是寻找更好的替代品还是新的连接方式和新的晶体管 。Anton Shilov在他2022年12月16日发表的文章提到,由于SRAM单元区域扩展缓慢,CPU和GPU等处理器可能会变得更加昂贵 。就目前来说,唯一可行的方法是采用更多小芯片设计,并将较大的缓存分解为在更便宜的节点上制造的单独芯片 。
由于传统存储所面临的技术挑战,所以这几年业界对新型存储寄予厚望 。各种新型存储技术未启用先火,各种优势扑面而来,似乎要掀起一轮存储的革命 。
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