本文來(lái)自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫，作者/米樂(lè)。
2017年6月，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的組織JEDEC宣稱，下一代內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)DDR5將亮相，并預(yù)計(jì)在2018年完成最終的標(biāo)準(zhǔn)制定。
2020年7月，JEDEC協(xié)會(huì)正式公布了DDR5標(biāo)準(zhǔn)，起步4800MHz，未來(lái)可以達(dá)到6400MHz。
從此DDR5開(kāi)始進(jìn)入大廠研發(fā)和量產(chǎn)的舞臺(tái)。Yole Group做出預(yù)測(cè)指出，DDR5的廣泛采用應(yīng)該會(huì)從2022年的服務(wù)器開(kāi)始，手機(jī)、筆記本電腦和PC等主流市場(chǎng)則是2023年開(kāi)始廣泛采用DDR5。
今年下半年半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)始經(jīng)歷陣痛，大廠財(cái)報(bào)叫苦連連，被稱為半導(dǎo)體行業(yè)風(fēng)向標(biāo)的存儲(chǔ)也價(jià)格一跌再跌。然而同時(shí)在2022年下旬，陸續(xù)有許多邊緣運(yùn)算方案供應(yīng)商推出了以DDR5為主要運(yùn)算核心的次世代系統(tǒng)，可以預(yù)料以DDR5為新主流電腦市場(chǎng)的競(jìng)賽，儼然將于2022年底正式展開(kāi)。
DDR5，是寒冬里的第一束光嗎？
01
亟需救援
三星電子、SK海力士和美光，正在減產(chǎn)、應(yīng)對(duì)庫(kù)存問(wèn)題、節(jié)約資本開(kāi)支，并推遲先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)展，以應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)器需求的疲軟態(tài)勢(shì)。存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體市場(chǎng)占比的最高分支，2021年市場(chǎng)空間大約1600億美元，也在電子產(chǎn)品中隨處可見(jiàn)，它是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，在國(guó)際市場(chǎng)上發(fā)展得很成熟，產(chǎn)業(yè)隨庫(kù)存、需求、產(chǎn)能的變化具有明顯的周期性，廠商的生產(chǎn)和盈利情況隨行業(yè)周期性波動(dòng)而劇烈變動(dòng)。
根據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2022年閃存（NAND）市場(chǎng)的增長(zhǎng)率只有23.2%，這達(dá)到近8年來(lái)最低增長(zhǎng)數(shù)值;內(nèi)存（DRAM）的增長(zhǎng)率僅有19%，并預(yù)計(jì)在2023年進(jìn)一步降至14.1%。市場(chǎng)的供過(guò)于求強(qiáng)烈推動(dòng)了下行周期，這也是DRAM和NAND低價(jià)的主要原因。2021年廠商們?cè)跀U(kuò)產(chǎn)方面較為樂(lè)觀，NAND和DRAM還供不應(yīng)求，隨著需求端在2022年開(kāi)始下降，行情進(jìn)入供過(guò)于求。
SK海力士在三季度財(cái)報(bào)中說(shuō)，DRAM和NAND產(chǎn)品需求低迷，銷量和價(jià)格雙雙下降。SK海力士在三季度財(cái)報(bào)會(huì)上表示，為優(yōu)化成本，公司在三季度努力提高新品的銷售比例和良率，但是大幅降價(jià)超過(guò)了降低的成本，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)也有所下降。
三星電子、SK海力士、美光三家廠商內(nèi)存的產(chǎn)出量在今年僅保持了12-13%的增長(zhǎng)。2023年，三星電子的產(chǎn)出量還將減少8%，SK海力士減少6.6%，美光減少4.3%。
大廠在資本支出、擴(kuò)產(chǎn)方面行為謹(jǐn)慎。SK海力士表示，明年資本開(kāi)支將同比減少50%以上，今年的投資預(yù)計(jì)在10-20萬(wàn)億韓元左右。美光也稱會(huì)大幅削減2023財(cái)年的資本支出，并降低制造廠的利用率。
02
DDR5是曙光嗎？
DDR4在約10年的時(shí)間里一直是DRAM的主力產(chǎn)品。不過(guò)，業(yè)界預(yù)測(cè)今年將是DDR5的預(yù)熱年，而從明年開(kāi)始，DDR5滲透率將大幅提升。
相比DDR4的優(yōu)勢(shì)
實(shí)際上早在2016年，美光就曾發(fā)布關(guān)于DDR5內(nèi)存的相關(guān)信息。從美光當(dāng)時(shí)公布的文件來(lái)看，DDR5內(nèi)存將從8GB容量起步，最高可達(dá)單條32GB，I/O帶寬能達(dá)到3.2-6.4Gbps，同時(shí)電壓1.1V，內(nèi)存帶寬將為DDR4內(nèi)存的兩倍。此外，美光當(dāng)時(shí)還在芯片論壇上表示DDR5內(nèi)存將從3200MHz起步，主流內(nèi)存頻率可達(dá)6400MHz。從已經(jīng)公布的產(chǎn)品情況來(lái)看，當(dāng)時(shí)美光的預(yù)測(cè)偏差不大。目前已經(jīng)亮相的DDR5內(nèi)存大多是4800MHz，但廠商也并未表示不會(huì)出3200MHz系列。同時(shí)，據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，在主板開(kāi)啟XMP超頻的話，內(nèi)存頻率可達(dá)8400MHz。
在官方介紹中，針對(duì)DDR5和DDR4內(nèi)存的一些硬性指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比。與上一代產(chǎn)品DDR4相比，DDR5提供2個(gè)獨(dú)立子通道，速度（帶寬）快約2倍，同時(shí)額定電壓為1.1V，低于DDR4（1.2V），耗電降低約20%。
事實(shí)上，DDR5模塊與DDR4模塊之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別就是前者存在子通道。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DDR5模塊有兩個(gè)獨(dú)立的子通道，每個(gè)子通道最多有兩個(gè)物理軟件包級(jí)別。每個(gè)DRAM包都可以在主/次拓?fù)渲信渲茫詫?shí)現(xiàn)增加密度的額外邏輯級(jí)別。正因?yàn)槿绱耍瑑?nèi)存的并發(fā)性在DDR4的基礎(chǔ)上提升了一倍，信號(hào)能夠更完整高效地傳遞。DDR5DIMM新架構(gòu)提高了并發(fā)性，并使系統(tǒng)中可用的內(nèi)存通道增加了一倍，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)存性能的提升。
根據(jù)已經(jīng)公開(kāi)的資料顯示，在優(yōu)化DDR5 DRAM內(nèi)核運(yùn)算能力上，DDR5內(nèi)存增加了內(nèi)置糾錯(cuò)碼（ECC），全面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)完整性，同時(shí)也緩解了系統(tǒng)錯(cuò)誤校正負(fù)擔(dān)并充分利用DRAM讀寫的高效機(jī)制。同時(shí)，有的DDR5品牌在研發(fā)時(shí)還加入了SAME-BANK Refresh（同步刷新）功能。此命令允許刷新每個(gè)BG中的一個(gè)Bank，使所有其他Bank保持打開(kāi)狀態(tài)以繼續(xù)正常操作。
相較于DDR4，DDR5的劣勢(shì)約可整理為以下兩方面：
溫度：因DDR5是以極高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此須留意系統(tǒng)機(jī)構(gòu)散熱，避免IC和電源管理IC溫度過(guò)高；
價(jià)格：隨著規(guī)格提升，DDR5價(jià)格也較DDR4高出逾50%，可能成為企業(yè)的阻礙。但如前所述，包括5G、機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）等各類進(jìn)階應(yīng)用中，DDR5的整體效能、規(guī)格的提升，對(duì)相關(guān)企業(yè)來(lái)說(shuō)仍具一定優(yōu)勢(shì)與吸引力。
03
大廠押注
三星奪取DDR5內(nèi)存芯片新陣地
在DRAM這個(gè)重要的存儲(chǔ)芯片細(xì)分領(lǐng)域，三星、SK海力士和美光是當(dāng)之無(wú)愧的佼佼者。研究機(jī)構(gòu)ICInsights的數(shù)據(jù)顯示，2021年三大廠商共占據(jù)DRAM市場(chǎng)94%的份額。具體來(lái)說(shuō)，三星作為DRAM市場(chǎng)的第一大企業(yè)，坐擁43%的市場(chǎng)份額；三星的“韓國(guó)同胞”SK海力士則占據(jù)28%的市場(chǎng)份額；美光強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)同樣引人注目，目前占據(jù)23%的DRAM市場(chǎng)份額。DDR5作為一種正在開(kāi)發(fā)的高帶寬電腦存儲(chǔ)器規(guī)格，目前在DRAM市場(chǎng)受到的關(guān)注度越來(lái)越高，或許會(huì)成為三家廠商提升自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
據(jù)了解，與DDR4相比，DDR5將提供兩倍以上的有效帶寬，有助于緩解每個(gè)核心的帶寬緊張，進(jìn)一步推動(dòng)CPU內(nèi)核數(shù)量的增加，使計(jì)算能力逐年提高。
事實(shí)上，三大廠商在2021年下半年就陸續(xù)宣布量產(chǎn)DDR5產(chǎn)品。三星作為DRAM市場(chǎng)中市占率第一的廠商，自然不會(huì)錯(cuò)過(guò)這一發(fā)展機(jī)會(huì)。2021年，面向DDR5模塊，三星選擇幫助數(shù)據(jù)中心、企業(yè)服務(wù)器和PC應(yīng)用程序充分利用DDR5性能，以完成高要求、高內(nèi)存密集型任務(wù)。2021年5月18日，三星宣布推出集成能源管理電路（PMIC）——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01，用于DDR5雙列直插式存儲(chǔ)模塊（DIMM）。
現(xiàn)階段，三星正在與AMD共同研發(fā)單條容量達(dá)512GB、甚至1TB的DDR5內(nèi)存產(chǎn)品。三星在與AMD的探討中，找到了DDR5DRAM的研發(fā)新方向，能夠?qū)?nèi)存核心容量提高到32Gb，將堆棧層數(shù)提升至8H，多種技術(shù)之下可以實(shí)現(xiàn)32Gb、3DS、8H堆棧，使系統(tǒng)內(nèi)存容量可提升至32TB。
SK海力士競(jìng)爭(zhēng)籌碼
SK海力士在DRAM市場(chǎng)占據(jù)28%的市場(chǎng)份額，對(duì)于DDR5同樣勢(shì)在必得。單從時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)看，SK海力士在DDR5市場(chǎng)先聲奪人，于2021年10月推出了全球首款DDR5產(chǎn)品，發(fā)布產(chǎn)品的時(shí)間節(jié)點(diǎn)略微領(lǐng)先其他兩個(gè)廠商。
近期，SK海力士宣布，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了首款基于DDR5DRAM的CXL存儲(chǔ)器樣品。SK海力士方面表示，基于PCIe的CXL是為了高效使用CPU、GPU、加速器、存儲(chǔ)器等而開(kāi)發(fā)的全新規(guī)范化接口。SK海力士開(kāi)發(fā)的首款CXL存儲(chǔ)器是采用最新技術(shù)節(jié)點(diǎn)1anm DDR5 24Gb的96GB產(chǎn)品。SK海力士預(yù)計(jì)將在近期的全球性半導(dǎo)體活動(dòng)中推出實(shí)物產(chǎn)品，明年開(kāi)始批量生產(chǎn)。
對(duì)于SK海力士而言，EUV光刻也是重要的競(jìng)爭(zhēng)籌碼。此前，DRAM生產(chǎn)大多不需要先進(jìn)工藝去完成，而是采用成熟的制程節(jié)點(diǎn)，涉及的元器件數(shù)量較少。三星作為第一個(gè)“吃螃蟹的人”，讓DRAM的技術(shù)進(jìn)入了新紀(jì)元，SK海力士作為三星的勁敵，自然不會(huì)落后，在2021年2月完成了首個(gè)用于DRAM的EUV晶圓廠M16，正式引入了EUV光刻設(shè)備。2021年7月，SK海力士宣布量產(chǎn)了1anm工藝的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息，SK海力士將與JSR聯(lián)合研制DRAMEUV光刻膠，以推動(dòng)實(shí)現(xiàn)EUV用金屬氧化物PR的應(yīng)用，確保自身內(nèi)存技術(shù)領(lǐng)先。
“存儲(chǔ)器產(chǎn)品工藝制程不斷演進(jìn)，已經(jīng)進(jìn)入10nm級(jí)階段。隨著產(chǎn)品對(duì)性能、功耗等要求的提升，技術(shù)演進(jìn)將需要借助EUV光刻機(jī)來(lái)進(jìn)行探索。”在產(chǎn)能擴(kuò)張方面，SK海力士目前正基本按照計(jì)劃推進(jìn)。今年支出約21萬(wàn)億韓元以建設(shè)DRAM和NAND產(chǎn)能。9月6日，SK海力士將在韓國(guó)忠北清州市建設(shè)新半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠M15X。據(jù)悉，M15X將于今年10月動(dòng)工，預(yù)計(jì)2025年年初竣工，決定在今后5年內(nèi)投資約15萬(wàn)億韓元。對(duì)此，SK海力士副會(huì)長(zhǎng)樸正浩表示，M15X的開(kāi)建將成為公司奠定未來(lái)成長(zhǎng)基礎(chǔ)的第一步。
美光表現(xiàn)強(qiáng)勁
美光科技CEOSanjayMerotra在8月29日宣布，將向企業(yè)銷售服務(wù)器用DDR5 DRAM。據(jù)美光方面介紹，其DDR5產(chǎn)品傳輸速率可達(dá)4800MT/s，比現(xiàn)有DDR4快約1.87倍，系統(tǒng)性能提升高達(dá)85%。與DDR4相比，CPU運(yùn)算性能有所提高，人工智能、高性能計(jì)算等性能也可以最大化。比起三星和SK海力士，美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚?；蛟S是三星和SK海力士對(duì)于EUV光刻的追逐給美光帶來(lái)了一定壓力，美光如今也將EUV光刻技術(shù)用于DRAM發(fā)展。據(jù)了解，美光計(jì)劃從2024年開(kāi)始，將EUV納入DRAM開(kāi)發(fā)路線圖。
今年5月26日，美光表示在中國(guó)臺(tái)灣中科新廠啟用后，將導(dǎo)入最先進(jìn)的EUV設(shè)備生產(chǎn)1αnm DRAM制程。美光在增加產(chǎn)能方面同樣采取了相應(yīng)舉措。9月1日，美光科技宣布，計(jì)劃于2030年之前投資150億美元，在美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州博伊西（Boise）建造一座新的尖端存儲(chǔ)器制造廠。存儲(chǔ)器產(chǎn)品屬于大宗集成電路通用產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)性較高，重復(fù)性生產(chǎn)比例高。TrendForce集邦咨詢分析師吳雅婷表示，因?yàn)橹瞥谈倪M(jìn)能造就的供給端位元增長(zhǎng)空間有限，所以三大原廠可事先備好新工廠的建置。DDR5作為DRAM的新一代產(chǎn)品，各家新產(chǎn)品在速率、效能等各方面相較于DDR4都有明顯提升。
在產(chǎn)品單價(jià)、產(chǎn)能達(dá)到需求，英特爾和AMD等廠商的積極應(yīng)用推動(dòng)下，DDR5將會(huì)取代DDR4成為DRAM的主流產(chǎn)品，可能會(huì)成為第一寒冬里的第一束光。
