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近期，有外媒报道，华为将于6月12日～17日在集成电路重要会议——VLSI Symposium 2022上发表与中科院微电子研究所合作开发的3D DRAM技术，并进行各种相关演示。
报道称，华为与中科院方面开发了基于铟镓锌氧IGZO-FET（由 In、Ga、Zn、O 组成的透明氧化物）材料的CAA（Channel-All-Around）构型晶体管3D DRAM技术，具有出色的温度稳定性和可靠性。
1、华为将展示新型3D DRAM成果
DRAM是一种易失性的、基于电容的、破坏性读取形式的存储器。长期以来，DRAM的挑战一直是如何在不增加功耗的情况下继续封装在更低的成本中。
佐治亚理工、圣母大学、罗彻斯特理工学院的研究者提出了一种新型的无电容DRAM（2T0C DRAM）。该研究小组表示，这种新型的DRAM在运行大型神经网络时可以提供较大的区域，节省大量能源。
据中科院微电子研究所此前介绍，基于IGZO晶体管的2T0C-DRAM有望克服传统1T1C-DRAM的微缩挑战，但缺乏密度优势。
为此，中科院微电子所李泠研究员团队联合华为/海思团队在集成电路器件顶级会议IEDM 2021上首次提出了新型垂直环形沟道器件结构（CAA）。
中科院微电子所表示，该结构有效减小了器件面积，且支持多层堆叠，该研究成果将推动IGZO晶体管在高密度DRAM领域的应用。
2021年8月，华为在一篇题为《奥林帕斯（2021）难题二：下一代存储产业根技术突破》的文章中表示，未来将针对数据存储领域关键根技术进行突破，其中，新型内存替代介质技术主要包括FeRAM/、MRAM、PCM、3D DRAM等新型内存介质的材料、器件、控制器技术。
2、HBM开启DRAM 3D化之路
随着芯片尺寸的不断微缩，DRAM工艺的微缩变得越来越困难，平面DRAM的“摩尔定律”正在逐渐走向极限，各大厂商开始将目光锁定3D化发展。其中，HBM（高带宽存储器）为代表性产品。
2014年，AMD和SK海力士宣布携手开发HBM，开启了DRAM 3D化发展道路。随后三星等存储巨头也展开了升级竞赛。
据悉，HBM基于DRAM技术，使用TSV（硅过孔）技术将数个DRAM芯片堆叠起来。凭借TSV方式，HBM大幅提高了容量和数据传输速率。
HBM最早由AMD携手SK海力士（2014年）开发，随后三星等存储巨头也展开了升级竞赛。
经过HBM、HBM2、HBM2E、以及HBM3几代更迭，目前，HBM内存技术已成功升级到HBM3标准（第四代HBM）。SK海力士、三星、美光等存储厂商均曾表示将致力于开发HBM3内存。NVIDIA、Synopsys、Rambus等企业也在布局当中。
与传统内存技术相比，HBM具有更高带宽、更多I/O数量、更低功耗、更小尺寸，可应用于高性能计算（HPC）、超级计算机、大型数据中心、AI、云计算等领域。
3、3D DRAM商业化尚需时日
3D DRAM是一种将存储单元堆叠至逻辑单元上方的新型存储方式，可以实现单位面积上更高的容量，解决平面DRAM工艺微缩愈加困难的挑战。
尽管HBM的出现开启了DRAM 3D化发展道路，但必须要指出的是，与NAND Flash闪存3D化的迅速发展不同，目前，3D DRAM的发展尚处于探索阶段。
今年年初，据国外媒体BusinessKorea报道，三星正在加快3D DRAM的研究和开发，并且已经开始加强相关团队建设。报道称，三星已经开始开发一种躺着堆叠单元的技术，这是与HBM不同的概念，后者是通过将多个模具堆叠在一起产生的。
此外，美光等存储巨头也在考虑开发3D DRAM。有报道称，美光提交了一份与三星不同的3D DRAM的专利申请。与此同时，应用材料和泛林集团等全球半导体设备制造商也开始开发与3D DRAM有关的解决方案。
不过，由于新材料开发的困难和物理限制等因素，3D DRAM的商业化还需要一些时间，有业内人士认为，全球首款3D DRAM将在2025年左右问世。瑞银投资银行全球研究部则认为，3D DRAM最早可能于2027年开始初期生产，到2028或2029年开始实质性量产。至于未来发展如何，我们拭目以待！
文 | 全球半导体观察 刘静
