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该寻找低成本DRAM替代方案了

时间:2018-01-09 作者:Sang-Yun Lee,BeSang首席执行官 阅读:
2017年是DRAM需求强劲成长的一年。过去三年来,平面DRAM微缩已经大幅减缓了。DRAM正转变为卖方市场,并为厂商创造了新的利润记录。就像石油危机一样,在DRAM危机下,客户必须为DRAM付出了更多代价。因此,现在是时候寻找低成本替代方案的时候了。

动态随机存取存储器(DRAM)价格持续升温,而要缓解这个价格居高不下的问题并不容易,因为它并非来自供给与需求的失衡,而是源于平面DRAM的摩尔定律终结。kG1EETC-电子工程专辑

2017年是DRAM需求强劲成长的一年。如图1所示,过去三年来,平面DRAM微缩已经大幅减缓了。因此,DRAM正转变为卖方市场,并为厂商创造了新的利润记录。就像石油危机一样,在DRAM危机下,客户必须为DRAM付出了更多代价。因此,本文将讨论我们可以找到哪些低成本DRAM解决方案。kG1EETC-电子工程专辑

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图1:DRAM发展蓝图的计划与现实。(来源:WSTS、IC Insights、David Manners)kG1EETC-电子工程专辑

目前,MRAM和PCM等新兴存储器对于平面DRAM带来了挑战。然而,MRAM转向嵌入式应用,而PCM(如3D XPoint)则被用于高端SSD应用。实际上,考虑到单位成本、性能和可靠性,它们也很难直接取代平面DRAM。因此,新兴的存储器目前正在寻找自己的利基市场。kG1EETC-电子工程专辑

DRAM晶圆厂扩产是提高DRAM供应的一种方法。然而,DRAM厂商可能会犹豫不决,因为新厂的成本大约是升级晶圆厂的六倍。由于DRAM的横向微缩,供应商开始升级晶圆厂来提高DRAM产量,从而以2N倍数指数级地提高了DRAM位输出。相形之下,新晶圆厂明显需要更多的投资,也只能线性提高DRAM位输出,再加上制造成本较高,将使得DRAM的价格更昂贵。此外,以卖方市场来看,DRAM供应商也没什么特别有力的理由需要通过投资新晶圆厂来增加DRAM晶圆厂的产能。kG1EETC-电子工程专辑

因此,从平面DRAM转换到3D DRAM是大势所趋。如图2所示,采用3D DRAM可以增加每片晶圆的可切割芯片数(dpw)。只要3D DRAM的晶圆制造成本合理,而且易于产生,那么采用3D DRAM技术将有利于降低成本。kG1EETC-电子工程专辑

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图2:3D DRAM可让每片晶圆切出更多的芯片与低成本DRAM。kG1EETC-电子工程专辑

当然,3D DRAM对于DRAM微缩的延续至关重要。但遗憾的是,DRAM供货商尚未拥有自己的3D DRAM技术。kG1EETC-电子工程专辑

另一项建议是采用DDR4 NVDIMM,以取代DRAM作为主存储器。非挥发性双列直插式存储器模块(NVDIMM)有很多种类型;相较于其他以储存为导向的NVDIMM,DDR4 NVDIMM能够表现得和DRAM一样快,而且可以作为主存储器。几年前,英特尔的3D XPoint看好DDR4 NVDIMM作为切入点,因为3D XPoint拥有NOR型闪存读取延迟低(低于100ns)的优点,因而能像DRAM一样快速运作。它也不需要预测软件,因而能够始终保持高性能。此外,采用单层储存(SLC)的SLC NOR闪存具有很高的耐久性。因此,DDR4 NVDIMM的NOR闪存能够取代DRAM,并以大量的主存储器大幅提升系统性能,如图3所示。kG1EETC-电子工程专辑

如果能通过3D NOR带来价格更可负担的NOR闪存,DDR4 NVDIMM可能更具吸引力。预计第二代3D Xpoint (即4层堆栈版本)可以实现大约DRAM成本的一半,但可能存在量产问题。kG1EETC-电子工程专辑

传统的平面NOR由于单元(cell)尺寸较大(约10F2~12F2)而使得价格不菲。因此,3D NOR对于DDR4 NVDIMM来说必不可少。以3D NOR的情况来看,成本大约会是每GB6美分。kG1EETC-电子工程专辑

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图3:DDR4 NVDIMM搭配3D DRAM与3D NOR的配置。kG1EETC-电子工程专辑

以10GB 3D DRAM加上1TB 3D NOR来看,DDR NVDIMM的成本大约是10美元+60美元=70美元。目前,业界正因持续高涨的DRAM价格而受冲击,只能坐待下一次低潮期的出现。许多分析师认为,目前这一波稳步上扬的态势只能说是DRAM的另一个荣景,预计接下来将随着市场供需平衡而出现低潮期。kG1EETC-电子工程专辑

然而,现在要预测未来的DRAM市场应该考虑更多因素。如果我们看看DRAM的历史就会发现,当DRAM位需求成长超过45%时,就会开始出现下滑并导致供过于求。如今,摩尔定律已经不再适用于平面DRAM了,而其位需求的成长也将会是过去23年来的最低点。不过,我们并未看到平面DRAM的位需求成长率超过45%,预计未来也不至于出现任何低迷市况。kG1EETC-电子工程专辑

当然,我们现在还无法选择3D DRAM,因为技术尚未到位。使用3D NOR的NVDIMM能够大幅降低内存子系统的总拥有成本,因为3D NOR每GB约6美分的价格能够取代DRAM和SSD,同时作为主存储器和储存存储器。众所周知,过去几十年来,平面DRAM一直没什么进展。现在,我们必须开始创新DRAM了。kG1EETC-电子工程专辑

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