2016年10月12日,在“中國集成電路設計業2016年會暨長沙集成電路產業創新發展高峰論壇”上,半導體嵌入式非易失性存儲器(eNVM)知識產權(IP)產品提供商Kilopass Technology展出了新一代的基于垂直分層晶閘管(Vertical Layered Thyristor, VLT)技術的DRAM架構。在當前DRAM技術發展放緩以及制造工藝面臨停滯的背景下,垂直分層晶閘管(VLT)存儲器技術在DRAM制造工藝、成本、功耗以及性能上的推進具有突破性和創新性意義。
當前DRAM技術陷發展困局
IC Insights在2015年發布的一份報告顯示,從2014年到2019年間的DRAM市場復合年均增長率(CAGR)為9%,該數據表明DRAM市場的增長速度快于整個芯片市場的增長。
根據摩爾定律,當前這一代20nm DRAM應繼續遷移至20 nm以下的工藝,以提供更高性能、更低功耗、更小成本。但受限于電容尺寸無法進一步縮小,DRAM技術自2010年以來已經放緩了向前發展的步伐,更有研究預測,DRAM將停滯于10nm以上的工藝止步不前。
技術突破是偶然 也是必然
面對當前DRAM領域的1T1C技術困境(當前DRAM技術的存儲單元基于1個晶體管搭配1個電容,這種存儲單元尺寸很難進一步縮小),垂直分層晶閘管(Vertical Layered Thyristor, VLT)技術基于CMOS工藝,成功破除了電容帶來的種種限制,為DRAM技術發展開辟了新的路徑。
晶閘管是一種結構復雜的電子器件,在電學上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管。由于鎖存的形成,這種結構非常適合存儲器;與當前基于電容的DRAM相比,晶閘管內存不需要刷新。
Kilopass的VLT通過垂直方式實現晶閘管架構,從而使存儲單元更加緊湊。緊湊的結構加上所需的物理器件,構造出制造工藝簡單的交叉點內存,這將帶來一項與DDR標準兼容,并且比當前頂尖的20納米DRAM制造成本低45%的新技術。
此外,因為VLT不需要復雜且高功耗的刷新周期,基于VLT的DDR4 DRAM將待機功耗降低了10倍,可降低到50fA/bit以下,且仍將性能提高15%。最為關鍵的是,VLT避開了傳統DRAM制造中最大的挑戰,即溝電容的制造,從而規避了相關的專利沖突,這具有重要意義。
談到關于此次技術突破的細節,Kilopass首席執行官Charlie Cheng表示該技術創新是一個偶然,并不清楚業界之前未能突破的原因。據了解,晶閘管于20世紀50年代被發明,之前人們曾屢次嘗試將其應用于SRAM市場,但都未能成功。從另一種意義上說,技術創新推動產業向前發展,是偶然,也是一種必然。
新技術給市場帶來的變數:打破OR平衡?
當前DRAM市場格局分明,三星(Samsung)、海力士(SK Hynix)和美光(Micron)三家企業共同占有超過90%的市場份額。伴隨整個市場正在經歷由以PC為主體向以移動式內存為主體的變遷,一個新的增長亮點出現在服務器領域,資料顯示,2016年服務器市場年增長與移動市場持平。數據顯示,由服務器/云計算需求推動的DRAM市場總額達到500億美元。
國家戰略層面,國務院于2014年6月頒布了《國家集成電路產業發展推進綱要》,要實現集成電路行業產值從2015年3500億人民幣以年均20%的增速達到2020年約8700億人民幣的目標。集成電路是我國進口最大宗產品,存儲器是我國集成電路最大宗產品。我們看到,存儲器產業正成為中國半導體投資的重要方向。近兩年內,武漢新芯擬投資240億美元打造國內集成電路存儲器產業基地,福建省晉華存儲器集成電路生產線項目一期投資額370億元,紫光集團宣布收購武漢新芯大多數股權后改名為長江存儲技術公司。
基于國內集成電路發展形勢,Charlie Cheng表示,VLT技術有機會成為中國發展DRAM存儲器產業的第二條路徑。據了解,Kilopass將在全球各國中選擇3~4家企業進行授權且篩選原則將有意平衡全球市場,那么綜合全球市場環境考量,該公司將很有可能選擇一家中國企業授權。而有消息稱,該公司曾跟武漢方面接觸。