内存市场全面分析:多条技术路线推动内存再扩展,国产内存厂商的突破点找到了

微观人 2022-05-11

技术路线dramddr4

2789 字丨阅读本文需 7 分钟

据Yole介绍,在贸易战紧张局势和 Covid-19 大流行中,独立内存市场在过去两年中一直在扩大。2020 年和 2021 年的收入分别增长了 15% 和 32%。如此显著的增长得益于大多数细分市场的生产受限和强劲的需求增长。大流行推动了笔记本电脑和服务器的需求,同时暂时减少了智能手机和汽车的需求。

Yole同时指出,污染未来几个季度仍将面临全球挑战。其中包括封锁、半导体短缺和地缘政治紧张局势。铠侠和西部数据的晶圆厂也出现了化学污染问题也将继续对内存业务产生影响。

然而,预计需求将保持顽强的弹性。因此,内存业务的前景似乎一片光明。动态随机存取存储器 (DRAM) 预计将增长到1180亿美元,增长 25%。NAND 闪存将在 2022 年达到830亿美元,增长 24%。这些都是历史记录。

从长远来看,独立内存市场将继续扩张,2021-2027 年的复合年增长率 (CAGR21-27) 为 8%,并有望在 2027 年增长超过2600亿美元。但是,Yole强调,周期性仍然存在。

值得注意的是,NOR 闪存市场在 2021 年强劲复苏。收入增长至35亿美元,增长 43%。这是由于紧张的市场条件给价格带来了上行压力。需求显着增长是由多种应用推动的,包括消费者和物联网 (IoT)、汽车、电信和基础设施。

混合键合、EUV 光刻和 3D DRAM 等新技术将实现持续的密度扩展和性能增长

2022 年是 NAND 闪存发明 35 周年,这项技术极大地改变了人类存储和使用数字信息的方式。

自 1987 年以来,NAND 设备的位密度和每比特成本一直在以不懈的速度发展。为了维持如此显著的规模,正在大力研究新技术解决方案,包括互补金属氧化物半导体 (CMOS) 键合阵列 (CBA) 架构,例如长江存储技术公司 (YMTC) XtackingTM 方法。如今,所有内存制造商都在使用混合键合设备进行研发。铠侠和三星等主要供应商正在其 NAND 路线图中引入晶圆对晶圆键合。

在 DRAM 业务中,目前的共识是平面缩放——即使是通过极紫外光刻 (EUV) 工艺——也不足以为整个未来十年提供所需的位密度改进。

因此,主要设备供应商和领先的 DRAM 制造商正在考虑将单片 3D DRAM(相当于 3D NAND 的 DRAM)作为长期扩展的潜在解决方案。我们相信,这种新颖的 3D 技术可以在 2029-2030 年期间进入市场。在此之前,我们预计混合键合系统可能会开始渗透 DRAM 设备市场,用于制造 3D 堆叠 DRAM,例如高带宽内存 (HBM),可能从 HBM3+ 一代开始。

国产内存全面“提速”

过去我们选择电脑配件的时候,包括处理器、内存、硬盘等在内,几乎所有的核心配件都来自国外大厂,这是因为我国在半导体领域发力较晚,所以才有国外企业长期垄断市场的一幕出现。

但在自主研发的大背景下,越来越多的国产替代已经出现,其中就包括之前的内存软肋,现在我国自主的内存产品,已经成功打破了海外垄断,终于有了属于我们自己的内存厂商。

早在2020年,长鑫存储就发布了自家的DDR4内存芯片、DDR4内存条和LPDDR4X内存芯片,而且这些产品均符合国际通行标准规则,意味着我们终于拥有了成熟的内存主控芯片。

现在我们不必再关注国外内存厂商的眼光,国产替代产品的诞生,也一定程度上限制了国外厂商随意涨价的行为,为整个市场注入了新鲜血液。

据了解,长鑫存储的DDR4属于自主研发生产,并且种类非常齐全,不仅有桌面级的台式机内存条,也有移动级的笔记本内存条,而且内存条容量都是单条8GB。

目前,长鑫存储的原厂颗粒已被多家厂商采用,推出了2666/3000/3200MHz等多个版本的DDR4内存,并且在市场上拥有良好口碑。

而长鑫存储能够成为全球领先的内存厂商,主要是因为这家企业的投入巨大,自2016年在安徽合肥启动后,就持续在该赛道上加码投入,目前已建成第一座12英寸晶圆厂并投产。

向高端进阶

对存储厂商而言,跑得够不够快是一个需要持续思考的问题。

以DRAM为例,由于DRAM的制程微缩已经逐渐面临物理极限,在20nm制程以后,除了美光(Micron)1αnm仍有近30%的单晶圆位元增长外,其他从1Xnm转至1Ynm、或者1Ynm转至1Znm制程,增长率已收缩至15%以内。

华存电子技术总工程师魏智汎告诉时代周报记者,近几年,国内外企业级存储主控芯片市场发展迅速,竞争激烈,华存电子不仅要面对英特尔、三星、美光等闪存原厂,还要面对美满电子、Microsemi等传统主控大厂的竞争。

国产存储芯片必须从低端向高端进阶。东芯半导体副总经理陈磊表示,作为本土芯片供应商,东芯半导体目前40%以上的员工都是研发工程师,通过自主的产品设计,以及与国内晶圆厂和封装测试厂的合作,已经打造出一条本土供应链体系。

在市场层面,5G、汽车电子、可穿戴设备、物联网等新兴产业及新兴市场,给存储芯片带来旺盛需求,也对产品性能提出新要求,包括精进工艺制程、提升产品可靠性、缩小封装尺寸等,促使产品快速迭代。

这也对整个产业链提出新要求。倪黄忠表示,1.0时代,模组厂商只能做一些简单的加工测试,开发能力较弱,产品以Micro SD卡、U盘等为主;2.0时代,模组厂商成为产品和技术的跟随者,在行业内有一定知名度,但销售依然难突破;步入3.0时代,模组厂商要从芯片硬件到软件、固件的开发,延展到系统级开发以及整个设备自动化产线进行改造,有全面的技术开发能力。

“虽然摩尔定律在半导体的很多领域受到了挑战,但在闪存这个领域还在继续发挥作用。”西部数据副总裁兼中国区业务总经理刘钢介绍,摩尔定律作用下,闪存密度和性能迅速提高,资本效率也大幅增加。

刘钢分析,摩尔定律在闪存领域有三个维度可以发挥作用:一是线宽,在同一层中横向提高密度;二是堆叠,在纵向上发展;三是在同一单元里通过改变逻辑单元的设定,从原来的SLC(Single-Level Cell,单层式存储单元)到MLC(Multi-Level Cell,双层式存储单元)、TLC(Trinary-Level Cell,三层式存储单元)、QLC(Quad-Level Cell,四层式存储单元),在每个单元都可以增长。

虽然,当前存储芯片市场主要由海外巨头公司掌握,国产公司处于相对落后状态,但国产存储芯片已在各个细分行业展开追赶,并获得显著进展。“本土存储厂商正奋起直追,企业之间形成了密切且相互依存的产业生态链,国产替代正当时。”陈磊表示。

DDR5内存将成为未来高端平台主力

DDR5内存标准早早就公之于众,面向面向服务器、数据中心的RDIMM形态的DDR5内存也在2020年10月就发布了,消费级DDR5内存却一直没有现世,直到2021年11月4日Intel第12代酷睿处理器正式性能解禁之后,消费级DDR5内存的真正性能才浮出水面。各大品牌争相推出内存新品,未来高端平台又有了升级新选择。

从第12代酷睿支持的标准可以看到,新平台支持的DDR5内存起步频率为4800MHz,对DDR5内存还提供了XMP 3.0标准,内存SPD中增加了两个可供玩家覆写的配置文档,并支持动态频率加速技术,超频控制更灵活,以至于有品牌宣布Z690主板可以支持DDR5 8000MHz频率。也正式因为新款CPU的支持,给装机用户未来升级内存提供了更广泛的选择空间。

为什么说DDR5内存将是未来升级首选呢?这得益于DDR5内存从硬性指标上的升级。与上一代产品DDR4相比,DDR5提供2个独立子通道,内存列数从16个增至32个,突发长度也从8增至16,在速度上带来了全面的提升,同时额定电压为1.1v,低于DDR4(1.2v),耗电降低约20%。也就是说,DDR5 DIMM新架构提高了并发性,并使系统中可用的内存通道增加了一倍,内置纠错码(ECC),更优化的电源管理模块,让信号能够更完整高效且稳定地传递。

Kingston FURY作为金士顿今年推出的重磅全新品牌,旗下Kingston FURY野兽(Beast)DDR5系列内存一经发布,就成为极客们争相体验的产品。芝奇、海盗船、影驰、七彩虹、威刚、江波龙等品牌也宣布了自家的DDR5内存,其中芝奇Trident Z5旗舰系列DDR5内存不仅拥有6400MHz的超高频率,更将时序压低至CL36,完美展现出芝奇新一代DDR5的极致超频潜力。在容量上,不少品牌推出了单条16GB、32GB 或是双通道16GB×2、32GB×2 的套组,满足消费者全方位飙速需求。

但是,升级DDR5内存你将需要升级主板、CPU等主要硬件,需要一笔不小的预算。所以对于大部分用户来说,DDR4内存依然是目前装机的主流选择。等到DDR5内存价格降下来,延迟优化之后,也将获得更多的用户。

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