如今內(nèi)存市場正在經(jīng)歷一段混亂時期，而且還沒有結(jié)束。
到2020年目前為止，對3D NAND和DRAM兩種主要存儲器的需求略好于預(yù)期。但由于經(jīng)濟放緩、庫存問題和持續(xù)的貿(mào)易戰(zhàn)，市場將存在一些不確定性。
此外，3D NAND市場正在向新一代技術(shù)發(fā)展，一些廠商遇到了產(chǎn)能問題。而3D NAND和DRAM的供應(yīng)商正面臨來自中國的新的競爭壓力。
在2019年放緩之后，存儲市場本應(yīng)在今年反彈。隨著COVID-19大流行爆發(fā)，突然之間，很多國家采取了各種措施來緩解疫情，例如禁止外出和關(guān)閉企業(yè)等。隨之而來的是經(jīng)濟動蕩和失業(yè)。
然而，事實證明，在家工作推動了對個人電腦、平板電腦和其他產(chǎn)品的需求；對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的需求也在不斷增長。所有這些都推動了對內(nèi)存和其他芯片類型的需求。
正在進行的中美貿(mào)易戰(zhàn)繼續(xù)給市場帶來不確定性，但也引發(fā)了一波恐慌性的芯片買賣?；旧?，美國已經(jīng)對中國華為實施了各種貿(mào)易限制。因此，一段時間以來，華為一直在囤積芯片，推高了需求。
這類交易已經(jīng)進入尾聲，要與華為開展業(yè)務(wù)，美國公司和其他公司將需要在9月14日之后從美國政府獲得新的執(zhí)照。許多供應(yīng)商正在切斷與華為的聯(lián)系，這將影響芯片需求。
總的來說，整個內(nèi)存市場是復(fù)雜的，有幾個未知因素。為了幫助業(yè)界了解未來，本文將研究DRAM、3D NAND和下一代內(nèi)存市場。
DRAM動蕩
現(xiàn)如今一個完整系統(tǒng)集成了處理器、圖形以及內(nèi)存和存儲，通常被稱為內(nèi)存/存儲層次結(jié)構(gòu)。在該層次結(jié)構(gòu)的第一層，SRAM集成到處理器以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)訪問；下一層是獨立的DRAM，用于主存；磁盤驅(qū)動器和基于NAND的SSD用于存儲。
2019年是DRAM的艱難時期，需求低迷，價格下跌。三大DRAM制造商之間的競爭一直很激烈。根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，在DRAM市場，三星在2020年第二季度以43.5%的市場份額位居第一，緊隨其后的是SK海力士(30.1%)和美光(21%)。
隨著來自中國的新競爭者的加入，市場競爭預(yù)計將更加激烈。據(jù)Cowen&Co報道，中國長鑫存儲(CXMT)正在推出其首條19nm DRAM生產(chǎn)線，其中17nm產(chǎn)品正在生產(chǎn)中。
CXMT將如何影響市場還有待觀察。與此同時，2020年的DRAM市場喜憂參半。IBS預(yù)計，DRAM市場總規(guī)模將達到620億美元，與2019年的619.9億美元基本持平。
在家辦公經(jīng)濟，加上數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的繁榮，推動了2020年上半年和第三季度對DRAM的強勁需求。IBS首席執(zhí)行官Handel Jones表示:“2020年第一季度至第三季度增長的主要驅(qū)動力是數(shù)據(jù)中心和個人電腦。”
如今，DRAM廠商正在推出基于1xnm節(jié)點的設(shè)備。FormFactor（一家芯片測試應(yīng)用探針卡供應(yīng)商）高級副總裁Amy Leong表示:“隨著DRAM供應(yīng)商開始增加‘1y nm’和‘1z nm’節(jié)點，我們看到第三季度DRAM需求持續(xù)增強。”
然而，現(xiàn)在人們擔(dān)心2020年下半年經(jīng)濟會放緩。IBS的Jones表示，"2020年第四季度，由于數(shù)據(jù)中心需求放緩，會出現(xiàn)一些疲軟，但不會大幅下滑。"
與此同時，到目前為止，智能手機的內(nèi)存需求表現(xiàn)平平，但這種情況可能很快就會改變。在移動DRAM前端，廠商正在加緊推出基于新的LPDDR5接口標準的產(chǎn)品。據(jù)三星稱，16GB的LPDDR5設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率為5500Mb/s，大約比之前的移動存儲標準(LPDDR4X,4266Mb/s)快1.3倍。
Cowen分析師Karl Ackerman在一份研究報告中表示:“我們預(yù)計，隨著搭載更高DRAM容量的旗艦5G智能手機產(chǎn)量增加，到2020年，移動DRAM和NAND需求將不斷增長。”
下一代無線技術(shù)5G有望在2021年推動DRAM需求。IBS預(yù)計，DRAM市場將在2021年達到681億美元。IBS的Jones表示“2021年，增長的主要驅(qū)動力將是智能手機和5G智能手機，此外，數(shù)據(jù)中心的增長將會相對強勁。”
NAND挑戰(zhàn)
在經(jīng)歷了一段緩慢增長之后，NAND閃存供應(yīng)商也希望在2020年實現(xiàn)反彈。"我們對NAND閃存的長期需求持樂觀態(tài)度，"FormFactor的Leong說。
IBS的數(shù)據(jù)顯示，NAND閃存市場的總規(guī)模預(yù)計將在2020年達到479億美元，比2019年的439億美元增長9%。Jones說:“2020年第一季度到第三季度的主要應(yīng)用驅(qū)動是智能手機、個人電腦和數(shù)據(jù)中心。我們看到2020年第四季度需求出現(xiàn)了一些疲軟，但并不嚴重。”
據(jù)IBS預(yù)計，NAND市場2021年將達到533億美元。Jones表示：“2021年的主要驅(qū)動力將是智能手機，我們看到每部智能手機的銷量和NAND容量都在增加。”
根據(jù)TrendForce的數(shù)據(jù)，在NAND市場，三星在2020年第二季度以31.4%的市場份額位居第一，緊隨其后的是Kioxia(17.2%)、Western Digital(15.5%)、SK海力士(11.7%)、美光(11.5%)和英特爾(11.5%)。
如果這還不夠競爭激烈的話，中國的長江存儲(YMTC)最近推出了一款64層的NAND芯片，進入了3D NAND市場。“YMTC在2021年將有相對強勁的增長，但它的市場份額非常低。”Jones說。
與此同時，供應(yīng)商一直在加緊開發(fā)3D NAND閃存，它是planar NAND閃存的繼承者。與二維結(jié)構(gòu)的planar NAND不同，3D NAND類似于一座垂直摩天大樓，其中水平的存儲單元層被堆疊起來，然后使用微小的垂直通道連接起來。
3D NAND是由堆疊在一個設(shè)備的層數(shù)量化的。隨著層數(shù)的增加，系統(tǒng)中的位密度也會增加。但是，隨著更多層的添加，制造方面的挑戰(zhàn)將逐步升級。
3D NAND也需要一些復(fù)雜的沉積和蝕刻步驟。“我們使用不同的化學(xué)物質(zhì)，也需要一些蝕刻技術(shù)，特別是高縱橫比蝕刻（簡稱HAR）。對于3D NAND，這變得非常關(guān)鍵。”在最近的一次展示中，TEL America副總裁Ben Rathsack說道。
去年，供應(yīng)商開始出貨64層3D NAND產(chǎn)品。TechInsights高級技術(shù)研究員Choe表示:“如今，92層和96層的3D NAND設(shè)備很常見；這些設(shè)備在移動設(shè)備、SSD和企業(yè)市場中被廣泛采用。”
下一代技術(shù)是128層3D NAND。有報道稱，由于產(chǎn)能問題，這里出現(xiàn)了一些延遲。Choe稱：“128L剛剛發(fā)布，128L SSD剛剛面市；不過，產(chǎn)能問題仍然存在。”
目前還不清楚這個問題會持續(xù)多久。盡管如此，供應(yīng)商們正在采取不同的方式來擴大3D NAND的規(guī)模。有些使用所謂的字符串疊加方法。例如，一些廠商正在開發(fā)兩個64層的設(shè)備，并將它們堆疊起來，形成一個128層的設(shè)備。
其他廠商則走另一條路。Choe說:“三星在128L中一直采用單棧方式，這涉及到非常高的縱橫比垂直通道蝕刻。”
業(yè)界將繼續(xù)擴大3D NAND的規(guī)模。Choe預(yù)計，到2021年底，176-192層的3D NAND部件將投入風(fēng)險生產(chǎn)。
這里有一些挑戰(zhàn)。“我們對3D NAND規(guī)模持樂觀態(tài)度，”Lam Research的CTO Gottscho說。“擴大3D NAND規(guī)模有兩個大挑戰(zhàn)。其中之一就是當(dāng)你沉積越來越多的層時，薄膜中的應(yīng)力會增加，這會使晶圓發(fā)生扭曲，所以當(dāng)你進入雙層或三層時，對齊就成了一個更大的挑戰(zhàn)。”
目前還不清楚3D NAND能發(fā)展到什么程度，但對更多比特的需求總是存在的。Gottscho說:“長期來看，需求非常強勁。數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)生成和存儲出現(xiàn)爆炸式增長，所有這些挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序?qū)樾聭?yīng)用程序提供更多數(shù)據(jù)，因此對數(shù)據(jù)和非易失性存儲數(shù)據(jù)的需求將持續(xù)增長。”
下一代內(nèi)存
業(yè)界一直在開發(fā)幾種下一代內(nèi)存類型，如相變存儲器(PCM)、STT-MRAM、電阻式RAM(ReRAM)等。
這些內(nèi)存類型極具吸引力，因為他們結(jié)合了SRAM的速度和閃存的非易失性以及無限持久性。但是，這些新內(nèi)存需要更長的時間來開發(fā)，因為它們使用復(fù)雜的材料和轉(zhuǎn)換模式來存儲數(shù)據(jù)。
在新的內(nèi)存類型中，PCM是最成功的。一段時間以來，英特爾一直在推出3D XPoint，這是一款PCM；美光也在推PCM。PCM通過改變材料的狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)，速度比FLASH快，有更好的持久性。
STT-MRAM也在出貨。它具有靜態(tài)存儲器的速度和FLASH的非易失性，具有無限的持久性。它利用電子自旋的磁性為芯片提供非易失的特性。
STT-MRAM應(yīng)用在獨立和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中。在嵌入式領(lǐng)域，它的目標是在22nm及以上節(jié)點的微控制器和其他芯片上取代NOR(eFlash)。
與FLASH相比，ReRAM具有更低的讀取延遲和更快的寫入性能。ReRAM將電壓施加到材料堆上，使電阻發(fā)生變化，從而在存儲器中記錄數(shù)據(jù)。
UMC產(chǎn)品管理技術(shù)總監(jiān)David Uriu表示:“在某種程度上，ReRAM和MRAM都受到了缺乏成功批量使用案例的影響。從PCM到MRAM再到ReRAM，每種技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點。這些技術(shù)的未來預(yù)測令人興奮，但事實是，它們?nèi)栽谘芯恐小?rdquo;
如今PCM已經(jīng)發(fā)力，其他技術(shù)才剛剛開始生根發(fā)芽。“產(chǎn)品采用的成熟度問題需要隨著時間推移來證明，以獲得對解決方案能力的信心，”Uriu說。“成本、模擬性能和一般使用案例的問題已經(jīng)提出來，只有少數(shù)遇到了挑戰(zhàn)。大多數(shù)風(fēng)險太大，無法投入生產(chǎn)。”
這并不是說MRAM和ReRAM的潛力有限。“我們確實看到了MRAM和ReRAM的未來潛力。PCM雖然相對昂貴，但被證明是有效的，并且已經(jīng)開始成熟。我們的行業(yè)不斷改進與開發(fā)這些較新的內(nèi)存設(shè)計相關(guān)的材料和用例，這些將被帶到市場上的高級應(yīng)用，如人工智能、機器學(xué)習(xí)和內(nèi)存處理或內(nèi)存計算應(yīng)用。它們將擴展到我們今天使用的許多機器中，用于消費、智能物聯(lián)網(wǎng)、通信、3D傳感、醫(yī)療、交通和信息娛樂等應(yīng)用。”
原文鏈接：
https://semiengineering.com/a-mixed-bag-of-memory-bits/
