韓國存儲產業要繼續領先？盤點存儲芯片兩大巨頭新動作

三星在去年 12 月宣布開發 16Gb 的 DDR5 DRAM 之后，于今天宣布已大規模量產 12 納米工藝的 DDR5 DRAM。

存儲芯片行業當前正處于低谷期，三星通過量產 12nm 的 DRAM，希望進一步鞏固其在該領域的領先地位。

與上一代相比，新芯片的功耗降低了 23%，而晶圓生產率提高了 20%，這意味著芯片尺寸比上一代更小，單個晶圓可以多生產 20% 的芯片。

三星表示 16Gb DDR5 DRAM 降低的功耗將使服務器和數據中心運營商能夠減少能源消耗和碳足跡。該芯片還具有 7.2Gbps 的最大速度，這意味著它可以在大約一秒鐘內處理 60GB，滿足數據中心，AI 和新的計算應用需求。12nm 節點的實現要歸功于三星使用了一種新型高 k 材料，該材料能讓芯片準確區分數據信號的差異。

存儲芯片市場逐漸恢復

據臺媒《經濟日報》報道，存儲芯片大廠鈺創科技的董事長盧超群5月16日表示，在減產的背景下，目前來看今年2季度公司運營表現將優于1季度，2023年下半年也將比上半年好。以鈺創的利基型DRAM來說，已經有50%的客戶需求恢復過來了，期望年底可以恢復到100%。

盧超群指出，在2022年Q2，DRAM廠商量產了很多產品，不過隨著疫情逐漸緩解，再加上世界范圍存在戰爭、經濟不佳的影響，廠商庫存開始增加，到現在為止，消費力依舊沒有回來，但庫存水平開始縮減。他還表示，雖然不敢說市場情況確定反轉，但2季度業績有望優于1季度，2023下半年情況預計會更好。

盧超群對未來的利基型DRAM市場表示看好，他表示到2024年，整體應用層面，包括高速運算、機器人、AR、VR以及智慧城市等需求，都會凸顯出來，所以2024年是關鍵的一年。

韓國存儲產業“乘勝追擊”

近年來，隨著中國等國家在存儲領域的崛起，韓國存儲產業的地位已經不再穩固。因此，韓國存儲企業需要加強技術創新，提高產品競爭力，才能在激烈的市場競爭中占據一席之地。

韓國近日公布了首份芯片產業研發藍圖，該藍圖中其中很重要的一個規劃是開發下一代存儲芯片，涉及下一代芯片器件、鐵電RAM、磁RAM、相變RAM和ReRAM，或電阻式隨機存取存儲器。

三星和SK海力士作為韓國的兩大關鍵性支柱，都投入了大量資金來研究RRAM、PCM、MRAM等新型的內存技術。

在新型存儲領域，三星正在追逐MRAM。在IEDM 2022上，三星介紹了其在MRAM上的進展。三星研究人員介紹了有關 28 納米嵌入式磁性隨機存取存儲器 (MRAM) 技術的信息。該器件的寫入能量僅為 25 pJ/bit，有效功率要求為 14mW（讀取）和 27mW（寫入），數據速率為 54 MB/s。該器件封裝為 30 平方毫米，容量為 16Mb，耐用性非常高（>1 個 E14 周期）。摘要稱，將 MTJ 縮小到 14 納米 FinFET 節點后，面積縮小提高了 33%，讀取時間加快了 2.6 倍。三星正在將 MRAM 視為 AI 和其他需要大量數據的應用程序的低泄漏工作存儲器（高速緩存）。三星的研究人員聲稱，他們開發的這個產品是有史以來最小、最節能的非易失性隨機存取存儲器。

與此同時，三星還在存內計算領域進行了深度的探索。2022年1月，三星的研究團隊在自然雜志上發表了“用于內存計算的磁阻存儲設備交叉陣列”的論文。該論文中指出，他們成功地開發了一種MRAM陣列芯片，該芯片通過用一種新的“電阻和”內存計算架構取代標準的“電流和”內存計算架構來演示內存計算，該架構解決了單個MRAM設備的小電阻問題。根據這家韓國跨國公司研究團隊提供的數據，通過評估其在人工智能計算中的性能，該內存成功通過了測試，在分類手動輸入數字時達到了 98% 的準確率，在不同場景中檢測人臉時達到了 93% 的準確率。通過將MRAM(已經在系統半導體制造中實現商業規模生產的存儲器)引入內存計算領域，這項工作擴展了下一代低功耗人工智能芯片技術的前沿。

而SK海力士則青睞于鐵電存儲器（FeRAM）和相變存儲器（PCM）。

早在2000年，還是現代電子的SK海力士就開發出了新型鐵電RAM；2001年，SK海力士又開發出了1M FeRAM，它采用0.35微米工藝技術，以100ns（1ns = 1/ 10 億秒）的速度在 3V 至 5V 范圍內運行；2003年，SK海力士推出全球首款商用兆級 FeRAM，FeRAM樣品采用4Mb和8Mb密度，采用海力士先進的0.25um工藝技術制造，工作電壓為3.0伏，數據訪問時間為70納秒，能夠進行1000億次讀/寫重復。這是一個重要的行業里程碑。

SK海力士還在探索將鐵電材料應用于傳統的3D NAND架構，隨著3D NAND設法通過堆疊更多層來繼續提高位密度，它面臨著具有挑戰性的工藝復雜性，例如高縱橫比接觸蝕刻和薄膜應力控制，由單元接近所引起的設備性能下降也是一個問題。SK海力士正在通過探索堆疊高度縮放、新材料和新的3D NAND單元架構來解決這些障礙。在IMW 2022上，SK海力士使用傳統的3D NAND制造工藝展示了具有多級功能的3D鐵電NAND器件。

在相變存儲器領域的研究上，SK海力士早在2012年就開始與IBM合作開發 PRAM。2021年，SK海力士宣布，該公司已將PUC(Peri Under Cell) 技術和指定算法應用于其 PRAM，滿足其在性能和成本上被歸類為存儲類內存的要求。PUC技術是將外圍電路放在單元下方的單元上，以減小芯片尺寸并提高生產率。SK海力士表示，與10納米以下的存儲器相比，PRAM在縮放方面的限制更少。它也是無定形的，因此很容易以3D方式堆疊。PRAM結合了DRAM和NAND閃存的優點，被認為是數據中心業務的關鍵技術。

SK海力士的革命技術中心 (RTC) 一直在研究內存中的模擬計算（ACIM），SK海力士認為存內計算可能會同時為計算和內存帶來價值。他們已經成功展示了16級基于RRAM的突觸單元平臺，這些平臺具有良好的設置/重置特性，并能嵌入到 CMOS 技術中。