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DRAM存储芯片:三雄决战DDR5

2022-09-14
作者: 许子皓 张依依
来源:中国电子报
关键词: DRAM DDR5 存储芯片

  继DDR5DRAM成为英特尔“Alder Lake”第12代处理器的标准配置之后,AMD近日也宣布其7000系列处理器将支持DDR5内存,并在9月27日正式上市。AMD表示,该平台将不再支持DDR4,只支持DDR5产品,这无疑将进一步扩大DDR5内存的需求。

  DDR5似乎只是DRAM激烈市场竞争的一根“导火线”。围绕EUV光刻等DRAM领域的先进技术,三星、SK海力士和美光始终保持着你追我赶的态势,不断推动DRAM领域迎来新的发展潮流。毫无疑问,这三家DRAM领先厂商围绕DDR5的竞争正在展开。

三星夺取DDR5内存芯片新阵地

存储芯片市场各细分领域占比情况

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  来源:中商产业研究院

  在DRAM这个重要的存储芯片细分领域,三星、SK海力士和美光是当之无愧的佼佼者。研究机构IC Insights的数据显示,2021年三大厂商共占据DRAM市场94%的份额。具体来说,三星作为DRAM市场的第一大企业,坐拥43%的市场份额;三星的“韩国同胞”SK海力士则占据28%的市场份额;美光强劲的发展态势同样引人注目,目前占据23%的DRAM市场份额。

  2021年三大DRAM厂商所占市场份额

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  来源:IC Insights

  DDR5作为一种正在开发的高带宽电脑存储器规格,目前在DRAM市场受到的关注度越来越高,或许会成为三家厂商提升自身市场竞争力的关键点之一。据了解,与DDR4相比,DDR5将提供两倍以上的有效带宽,有助于缓解每个核心的带宽紧缩,进一步推动CPU内核数量的增加,使计算能力逐年提高。

  事实上,三大厂商在2021年下半年就陆续宣布量产DDR5产品。三星作为DRAM市场中市占率第一的厂商,自然不会错过这一发展机会。

  2021年,面向DDR5模块,三星选择帮助数据中心、企业服务器和PC应用程序充分利用DDR5性能,以完成高要求、高内存密集型任务。2021年5月18日,三星宣布推出集成能源管理电路(PMIC)——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01,用于DDR5双列直插式存储模块(DIMM)。

  现阶段,三星正在与AMD共同研发单条容量达512GB、甚至1TB的DDR5内存产品。记者了解到,三星在与AMD的探讨中,找到了DDR5 DRAM的研发新方向,能够将内存核心容量提高到32Gb,将堆栈层数提升至8H,多种技术之下可以实现32Gb、3DS、8H堆栈,内存单条容量可提升到512GB甚至1TB,这也意味着系统内存容量可提升至32TB。

  三星电子TSP(测试和系统封装)副总裁Younggwan Ko此前表示,随着存储开云棋牌官网在线客服变得更强大,封装技术必须与存储开云棋牌官网在线客服一起发展。三星的竞争对手已经将MSAP封装技术用于DDR5内存,而三星正在努力将这种封装技术用于DDR6。三星预计DDR6设计会在2024年完成。

  在夺取DDR5内存芯片新阵地的过程中,三星同样没有忽视当前DRAM市场的“兵家必争之地”——极紫外(EUV)光刻技术的应用。

  公开资料显示,EUV制程采用波长为10-14nm的极紫外光作为光源的光刻,蚀刻的各向异性明显改善,能够使集成电路的分辨率和良率得到极大提升,将大幅提高DRAM产能和良率,并降低DRAM生产成本。

  2020年3月,三星率先使用EUV光刻技术,同年10月便开始批量生产基于EUV的14nm DRAM。在此过程中,三星将其最先进的14nm DDR5上的EUV层数从两层增加到了五层DRAM工艺。

  三星对于EUV光刻的追逐还在继续。2021年11月,三星表示,其已经应用EUV技术开发了14nm 16Gb低功耗双倍数据速率5X (LPDDR5X) DRAM,专门用于5G、人工智能、机器学习和其他大数据终端应用等高速率应用。今年2月,三星官方表示其基于EUV光刻技术的1z-nm工艺的DRAM已完成了量产。

  三星目前还在规划长远产能建置,希望通过扩大产能的方式静待新一轮市场周期上行,为自身后续发展蓄能。

  近期,三星计划在韩国京畿道平泽市再建3条产线。考虑到每个开云棋牌官网在线客服工厂约需30万亿韩元以上投资,三星电子将为该计划共投入100万亿韩元(约740亿美元)资金。

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 EUV光刻或是SK海力士竞争筹码

  三星的“韩国同胞”也是其最大的竞争者——SK 海力士在DRAM市场占据28%的市场份额,对于DDR5同样势在必得。单从时间节点来看,SK海力士在DDR5市场先声夺人,于2021年10月推出了全球首款DDR5产品,发布产品的时间节点略微领先其他两家厂商。

  近期,SK 海力士宣布,已经开发出了首款基于DDR5 DRAM的CXL存储器样品。SK 海力士方面表示,基于PCIe的CXL是为了高效使用CPU、GPU、加速器、存储器等而开发的全新规范化接口。SK 海力士开发的首款CXL存储器是采用最新技术节点1anm DDR5 24Gb的96GB产品。SK海力士预计将在近期的全球性开云棋牌官网在线客服活动中推出实物产品,明年开始批量生产。

  对于SK海力士而言,EUV光刻也是重要的竞争筹码。此前,DRAM生产大多不需要先进工艺去完成,而是采用成熟的制程节点,涉及的元器件数量较少。三星作为第一个“吃螃蟹的人”,让DRAM的技术进入了新纪元,SK海力士作为三星的劲敌,自然不会落后,在2021年2月完成了首个用于DRAM的EUV晶圆厂M16,正式引入了EUV光刻设备。2021年7月,SK海力士宣布量产了1a nm工艺的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息,SK海力士将与JSR联合研制DRAM EUV光刻胶,以推动实现EUV用金属氧化物PR的应用,确保自身内存技术领先。

  “存储器产品工艺制程不断演进,已经进入10nm级阶段。随着产品对性能、功耗等要求的提升,技术演进将需要借助EUV光刻机来进行探索。”赛迪顾问集成电路高级分析师杨俊刚对记者说。

  在产能扩张方面,SK海力士目前正基本按照计划推进。今年支出约21万亿韩元以建设DRAM和NAND产能。9月6日,记者从SK海力士方面了解到,SK海力士将在韩国忠北清州市建设新开云棋牌官网在线客服生产工厂M15X。据悉,M15X将于今年10月动工,预计2025年初竣工,决定在今后5年内投资约15万亿韩元。对此,SK海力士副会长朴正浩表示,M15X的开建将成为公司奠定未来成长基础的第一步。

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美光在DRAM先进制程研发方面表现强劲

  除“韩国双雄”之外,美光强劲的发展态势同样引人注目,目前美光占据23%的DRAM市场份额。

  随着DRAM相关技术愈发成熟,美光在DRAM先进技术研发方面的市场表现同样可圈可点。记者从美光方面了解到,美光于2021年就宣布批量出货基于1α(1-alpha)节点的DRAM产品,该制程在密度、功耗和性能等各方面均有较大突破。美光技术与产品执行副总裁Scott DeBoer称:“对比上一代1z DRAM 制程,1α 技术将内存密度提升了40%。”

  近期,美光在DDR5产品的研发方面也展现出可喜进展。记者了解到,美光科技CEO Sanjay Merotra在8月29日宣布,将向企业销售服务器用DDR5 DRAM。

  据美光方面介绍,其DDR5产品传输速率可达4800MT/s,比现有DDR4快约1.87倍,系统性能提升高达85%。与DDR4相比,CPU运算性能有所提高,人工智能、高性能计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。或许是三星和SK海力士对于EUV光刻的追逐给美光带来了一定压力,美光如今也将EUV光刻技术用于DRAM发展。据了解,美光计划从2024年开始,将EUV纳入DRAM开发路线图。今年5月26日,美光表示,将在中国台湾中科新厂启用后,导入最先进的EUV设备生产1α nm DRAM制程。

  美光在增加产能方面同样采取了相应举措。9月1日,美光科技宣布,计划于2030年之前投资150亿美元,在美国爱达荷州博伊西(Boise)建造一座新的尖端存储器制造厂。

  存储器产品属于大宗集成电路通用产品,标准性较高,重复性生产比例高。TrendForce集邦咨询分析师吴雅婷表示,因为制程改进能造就的供给端位元增长空间有限,所以三大原厂可事先备好新工厂的建置。

  DDR5作为DRAM的新一代产品,各家新产品在速率、效能等各方面相较于DDR4都有明显提升。但芯谋研究高级分析师张彬磊认为,尽管三星、海力士、美光都已经推出了DDR5的产品来抢占市场,但还无法对当前的DRAM市场格局造成影响,目前在服务器、电脑用内存市场上,大部分的产品是2013年上市的DDR4,2021年,DDR4的市场占有率达90%。

  吴雅婷十分看好DDR5的发展。在她看来,随着时间的推移,预计自2023年起,服务器端将逐步导入DDR5,DDR5有望取代DDR4,DDR5 DRAM将迎来快速普及期,成为市场中供给/采用的主流产品。

  杨俊刚同样相信,在产品单价、产能达到需求,英特尔和AMD等厂商的积极应用推动下,DDR5将会取代DDR4成为DRAM的主流产品,三家企业在DDR5 DRAM领域的竞争将会变得更加激烈。


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