三星和 SK 海力士推进 4F² DRAM 作为 3D Dram Gateway
韩国芯片制造商正在加速向垂直 DRAM 架构转变。
据业内人士透露，三星电子和 SK 海力士正在加速开发下一代三维 （3D） 动态随机存取存储器 （DRAM），两家公司都计划在今年年底前完成和测试垂直结构“4F² DRAM”的早期原型。
4F² DRAM 架构与传统平面 DRAM 不同，采用垂直堆叠方法来克服现有结构的小型化限制。该设计有望在性能、数据传输速率和能效方面带来改进。
三星电子和 SK 海力士都将 4F² DRAM 定位为迈向成熟 3D DRAM 技术的过渡步骤。
DRAM 以称为单元的单位存储信息，每个单元的面积通常表示为 F²。迄今为止的标准架构是 6F² 单元，具有 3 条垂直位线和 2 条水平字线。4F² 概念将两者减少为两条线，同时将晶体管（每个 DRAM 单元内的功能开关）垂直放置，以提高密度并缩小芯片尺寸。
据报道，截至 6 月 18 日，这两家韩国芯片制造商都在加快开发可运营的 4F² DRAM 原型。“在进入全面 3D DRAM 开发之前，两家公司计划在年内完成并验证能够实际运行的 4F² DRAM 原型，”一位半导体行业消息人士说。“一旦商业可行性得到确认，他们打算基于这种结构基础进军 3D DRAM。”相比之下，据称总部位于美国的 Micron完全跳过了 4F² DRAM，而是选择直接进入 3D DRAM 开发领域。
三星电子和 SK 海力士一直在寻找架构替代方案，以应对与平面 DRAM 扩展相关的日益严峻的挑战。随着电路的线宽变窄，集成密度增加，从而提高性能和能效。目前，三星、SK 海力士和美光正在与基于 10 纳米级工艺节点构建的 DRAM 产品竞争。迄今为止最先进的产品是第六代 （1c） DRAM。然而，试图扩展到 10 纳米阈值以下的尝试推高了技术复杂性和制造成本，导致人们普遍认识到 DRAM 架构的转变是必要的。
作为回应，内存芯片制造商正在转向垂直设计，以将性能曲线扩展到平面缩放的限制之外。三星预计将在其第七代 （1d） 10 纳米级产品之后推出 4F² DRAM，而 SK 海力士可能会在下一代产品中推出其 4F² 变体。如果开发按计划进行，垂直结构的 DRAM 可能会在未来三年内进入大规模生产。与当前型号相比，4F² DRAM 的性能提升预计将接近 50%。
预计架构转型还将重塑制造流程、材料和设备要求。三星电子和 SK 海力士正在与全球半导体设备制造商合作，包括总部位于美国的应用材料公司，共同开发制造 4F² DRAM 所需的先进工艺。鉴于更高的技术要求，两家公司不仅专注于产品开发，还专注于建立稳定且可扩展的制造基础设施。
“平面 DRAM 小型化正变得非常昂贵，迫切需要提高性能，”浦项科技大学 （POSTECH） 半导体工程教授 Lee Byung-hun 说。“在这一点上，过渡到垂直 DRAM 架构被视为唯一可行的前进道路。然而，考虑到结构变化的规模，开发和制造过程都将面临相当大的挑战。
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