Micron展望存储器芯片市场与技术：DRAM、NAND和RRAM

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上月，存储器芯片主要供应商之一美光公司（Micron）在香港举行了2014夏季分析师大会，会上美光的高层管理人员就DRAM、NAND和新型存储器的市场趋势、技术发展以及Micron的公司策略进行了讲解。

首先，Micron公司CEO Mark Durcan讲解了DRAM和NAND存储器的市场趋势。他说，未来几年DRAM出货量增长速度将减缓。如图1所示，2015年以后，DRAM出货量的同比增速将从前些年的50%左右下降到20%左右。2014到2018年平均复合增长率为21%。另外，DRAM的市场应用结构将发生改变，移动和企业市场的比例将增加，如图2所示。DRAM主要供应商已经从2005年的6家洗牌到2013年的3家（三星、SK海力士和美光），这个格局将不会改变。


图1：2014到2018年DRAM平均复合增长率为21%


图2：DRAM在移动和企业市场的比例将增加

至于NAND市场，2014到2018年平均复合增长率预计为31%，强于DRAM。其应用将更多转向SSD固态硬盘和移动设备，如图3所示。


图3：NAND应用将更多转向SSD固态硬盘和移动设备

接下来，Micron公司总裁（president）Mark Adams和研发副总裁Scott DeBoer谈及了存储器技术的发展趋势。这也是本文的重点。

DRAM：至少还有两个节点

DeBoer先生说，DRAM的复杂度在25nm节点以后上升较快，节点变化对存储器性能的改善不像以前那么奏效。每片晶圆产出的容量增长趋缓，工厂出片能力也受阻。

然而，DRAM工艺在20nm以后至少还要有两个工艺节点有待开发。传统节点的产品依然重要，产品特性成为关键。20nm的DRAM芯片着重于产品的差异化，以高密度、HMC和高级移动产品为将成为优先考虑。

随着半导体线宽的不断缩小，每个裸片上的容量将继续增加。在20nm节点以后，每个裸片要有4GB到16Gb的容量才合算，如下图所示。


图4：4Gb至16Gb将成为最优DRAM裸片尺寸

据介绍，Micron的DRAM芯片正在从25nm向20nm过渡，20nm产品的产能正在爬坡。2015年，Micron有两个20nm工厂将投产。Micron设在日本广岛的20nm工厂进展迅速，同时在美国爱达荷州Boise市正在进行十几纳米和几纳米节点的研发。

NAND：从现在的16nm平面转向3D

NAND技术的演变较DRAM更具戏剧性。平面NAND工艺将在16nm节点终结。3D NAND芯片会很快登场。

DeBoer先生说，16nm平面MLC在成本、性能、密度选项和可靠性方面得以优化，是Micron NAND历史上产能爬坡最快的一代。而16nm TLC（1个存储单元存放3位元）将是量产的最后一代技术，之后马上向3D迁移。

最初的3D NAND产品将以32层MLC、256Gb裸片的形式出现，然后TLC很快跟进，面向高性能SSD应用。DeBoer说，Micron/Intel工艺架构将成就业界最高的存储密度

NAND芯片从平面向3D工艺的迁移出于显著的成本和空间考虑。16nm以下NAND产品的开发成本骤增，而获得的效能改进并不合算。考虑到16nm较好的性能，以及对3D NAND的工艺的信心，所以存储器厂商选择16nm作为最后的平面节点。


图5：16nm以后节点迁移成本骤增

虽然第一代3D NAND开发成本较高，但随后会很快下降。就单位比特的成本来看，Micron的32层3D NAND成本有望于2015年下半年与16nm平面TLC交叉，如下图所示。


图6：2015年后期3D NAND将开始显现成本优势

3D封装很重要

芯片封装技术几乎和硅工艺同等重要。封装技术的进步对芯片性能的贡献差不多也遵循摩尔定律，如下图所示。3D封装的重要性与日俱增，对尺寸和系统性能都有帮助；创新的封装形式增进了存储器与处理器之间的互动。Micron的3D封装技术正在走向成熟，2015年将进行小批量生产。


图7：封装技术也遵循摩尔定律

新兴存储器技术

DeBoer说，新型存储器有两层含义，即存储信息的物理机制，以及新的工艺架构。他说，Micron目前不便透露更多的细节，明年会公布这些新的存储器种类。Micron每年都投入相当大的研发预算来开发新型存储技术。除了公司自身的研发工作，Micron还有与外部伙伴的联合项目。DeBoer相信Micron在此领域具有很强的竞争优势。这两种技术路径都在研发当中，并分别于2015和2017年实现首批生产。


图8：Micron的存储技术时间表

虽然没有明确透露新型存储器的种类，不过显然其中之一是Resistive RAM，或RRAM，即记忆电阻。DeBoer描述了新技术的优点。DRAM和NAND这两种主流存储技术各有利弊，但它们在容量和延迟方面鸿沟难以弥合。如下图所示，DRAM具有出色的延迟特性，但耐久性、非易失性和成本较差，而NAND的延迟特性则不可救药。新技术将弥合这道鸿沟，它将能够在延迟、耐久性、非易失性和成本方面取得很好的平衡。


图9：新技术将在延迟、耐久性、非易失性和成本方面取得很好的平衡