韩国存储产业要继续领先？盘点存储芯片两大巨头新动作

三星在去年 12 月宣布开发 16Gb 的 DDR5 DRAM 之后，于今天宣布已大规模量产 12 纳米工艺的 DDR5 DRAM。

存储芯片行业当前正处于低谷期，三星通过量产 12nm 的 DRAM，希望进一步巩固其在该领域的领先地位。

与上一代相比，新芯片的功耗降低了 23%，而晶圆生产率提高了 20%，这意味着芯片尺寸比上一代更小，单个晶圆可以多生产 20% 的芯片。

三星表示 16Gb DDR5 DRAM 降低的功耗将使服务器和数据中心运营商能够减少能源消耗和碳足迹。该芯片还具有 7.2Gbps 的最大速度，这意味着它可以在大约一秒钟内处理 60GB，满足数据中心，AI 和新的计算应用需求。12nm 节点的实现要归功于三星使用了一种新型高 k 材料，该材料能让芯片准确区分数据信号的差异。

存储芯片市场逐渐恢复

据台媒《经济日报》报道，存储芯片大厂钰创科技的董事长卢超群5月16日表示，在减产的背景下，目前来看今年2季度公司运营表现将优于1季度，2023年下半年也将比上半年好。以钰创的利基型DRAM来说，已经有50%的客户需求恢复过来了，期望年底可以恢复到100%。

卢超群指出，在2022年Q2，DRAM厂商量产了很多产品，不过随着疫情逐渐缓解，再加上世界范围存在战争、经济不佳的影响，厂商库存开始增加，到现在为止，消费力依旧没有回来，但库存水平开始缩减。他还表示，虽然不敢说市场情况确定反转，但2季度业绩有望优于1季度，2023下半年情况预计会更好。

卢超群对未来的利基型DRAM市场表示看好，他表示到2024年，整体应用层面，包括高速运算、机器人、AR、VR以及智慧城市等需求，都会凸显出来，所以2024年是关键的一年。

韩国存储产业“乘胜追击”

近年来，随着中国等国家在存储领域的崛起，韩国存储产业的地位已经不再稳固。因此，韩国存储企业需要加强技术创新，提高产品竞争力，才能在激烈的市场竞争中占据一席之地。

韩国近日公布了首份芯片产业研发蓝图，该蓝图中其中很重要的一个规划是开发下一代存储芯片，涉及下一代芯片器件、铁电RAM、磁RAM、相变RAM和ReRAM，或电阻式随机存取存储器。

三星和SK海力士作为韩国的两大关键性支柱，都投入了大量资金来研究RRAM、PCM、MRAM等新型的内存技术。

在新型存储领域，三星正在追逐MRAM。在IEDM 2022上，三星介绍了其在MRAM上的进展。三星研究人员介绍了有关 28 纳米嵌入式磁性随机存取存储器 (MRAM) 技术的信息。该器件的写入能量仅为 25 pJ/bit，有效功率要求为 14mW（读取）和 27mW（写入），数据速率为 54 MB/s。该器件封装为 30 平方毫米，容量为 16Mb，耐用性非常高（>1 个 E14 周期）。摘要称，将 MTJ 缩小到 14 纳米 FinFET 节点后，面积缩小提高了 33%，读取时间加快了 2.6 倍。三星正在将 MRAM 视为 AI 和其他需要大量数据的应用程序的低泄漏工作存储器（高速缓存）。三星的研究人员声称，他们开发的这个产品是有史以来最小、最节能的非易失性随机存取存储器。

与此同时，三星还在存内计算领域进行了深度的探索。2022年1月，三星的研究团队在自然杂志上发表了“用于内存计算的磁阻存储设备交叉阵列”的论文。该论文中指出，他们成功地开发了一种MRAM阵列芯片，该芯片通过用一种新的“电阻和”内存计算架构取代标准的“电流和”内存计算架构来演示内存计算，该架构解决了单个MRAM设备的小电阻问题。根据这家韩国跨国公司研究团队提供的数据，通过评估其在人工智能计算中的性能，该内存成功通过了测试，在分类手动输入数字时达到了 98% 的准确率，在不同场景中检测人脸时达到了 93% 的准确率。通过将MRAM(已经在系统半导体制造中实现商业规模生产的存储器)引入内存计算领域，这项工作扩展了下一代低功耗人工智能芯片技术的前沿。

而SK海力士则青睐于铁电存储器（FeRAM）和相变存储器（PCM）。

早在2000年，还是现代电子的SK海力士就开发出了新型铁电RAM；2001年，SK海力士又开发出了1M FeRAM，它采用0.35微米工艺技术，以100ns（1ns = 1/ 10 亿秒）的速度在 3V 至 5V 范围内运行；2003年，SK海力士推出全球首款商用兆级 FeRAM，FeRAM样品采用4Mb和8Mb密度，采用海力士先进的0.25um工艺技术制造，工作电压为3.0伏，数据访问时间为70纳秒，能够进行1000亿次读/写重复。这是一个重要的行业里程碑。

SK海力士还在探索将铁电材料应用于传统的3D NAND架构，随着3D NAND设法通过堆叠更多层来继续提高位密度，它面临着具有挑战性的工艺复杂性，例如高纵横比接触蚀刻和薄膜应力控制，由单元接近所引起的设备性能下降也是一个问题。SK海力士正在通过探索堆叠高度缩放、新材料和新的3D NAND单元架构来解决这些障碍。在IMW 2022上，SK海力士使用传统的3D NAND制造工艺展示了具有多级功能的3D铁电NAND器件。

在相变存储器领域的研究上，SK海力士早在2012年就开始与IBM合作开发 PRAM。2021年，SK海力士宣布，该公司已将PUC(Peri Under Cell) 技术和指定算法应用于其 PRAM，满足其在性能和成本上被归类为存储类内存的要求。PUC技术是将外围电路放在单元下方的单元上，以减小芯片尺寸并提高生产率。SK海力士表示，与10纳米以下的存储器相比，PRAM在缩放方面的限制更少。它也是无定形的，因此很容易以3D方式堆叠。PRAM结合了DRAM和NAND闪存的优点，被认为是数据中心业务的关键技术。

SK海力士的革命技术中心 (RTC) 一直在研究内存中的模拟计算（ACIM），SK海力士认为存内计算可能会同时为计算和内存带来价值。他们已经成功展示了16级基于RRAM的突触单元平台，这些平台具有良好的设置/重置特性，并能嵌入到 CMOS 技术中。