有哪些低成本DRAM解決方案

DRAM正轉(zhuǎn)變?yōu)橘u方市場(chǎng)，也為DRAM廠商寫下利潤(rùn)新高紀(jì)錄。就像石油危機(jī)一樣，在DRAM危機(jī)下，客戶必須為DRAM付出更多代價(jià)?，F(xiàn)在正是尋找低成本替代方案的時(shí)候了!

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)價(jià)格持續(xù)升溫，而要緩解這個(gè)價(jià)格居高不下的問題并不容易，因?yàn)樗⒎莵碜怨┙o與需求的失衡，而是源于平面DRAM的“摩爾定律”(Moore’s Law)終結(jié)。

2017年是DRAM位元需求強(qiáng)勁成長(zhǎng)的一年。如圖1所示，過去三年來，平面DRAM微縮已經(jīng)大幅減緩了。因此，DRAM正轉(zhuǎn)變?yōu)橘u方市場(chǎng)，也為DRAM廠商寫下利潤(rùn)新高紀(jì)錄。就像石油危機(jī)一樣，在DRAM危機(jī)下，客戶必須為DRAM付出更多代價(jià)。因此，本文將討論我們可以找到哪些低成本DRAM解決方案。

圖1：DRAM發(fā)展藍(lán)圖的計(jì)劃與現(xiàn)實(shí) (來源：WSTS、IC Insights、David Manners)

目前，諸如磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)和相變存儲(chǔ)器(PCM)等新興記憶對(duì)于平面DRAM帶來了挑戰(zhàn)。然而，MRAM轉(zhuǎn)向嵌入式應(yīng)用，而PCM(如3D XPoint)則被用于高階固態(tài)硬碟(SSD)應(yīng)用。實(shí)際上，考慮到每位元成本、性能和可靠性，它們也很難直接取代平面DRAM，因此，新興的存儲(chǔ)器目前正在尋找自己的利基市場(chǎng)。

DRAM晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)是提高DRAM供應(yīng)的一種方法。然而，DRAM廠商可能會(huì)猶豫不決，因?yàn)樾聫S的成本大約是升級(jí)晶圓廠的六倍。由于DRAM的橫向微縮(lateral scaling)，DRAM供應(yīng)商開始經(jīng)由升級(jí)晶圓廠來提高DRAM產(chǎn)量，從而以2N倍數(shù)指數(shù)級(jí)地提高了DRAM位元輸出。相形之下，新晶圓廠明顯需要更多的投資，也只能線性提高DRAM位元輸出，再加上制造成本較高，將使得DRAM的價(jià)格更昂貴。此外，以賣方市場(chǎng)來看，DRAM供應(yīng)商也沒什么特別有力的理由需要透過投資新晶圓廠來增加DRAM晶圓廠的產(chǎn)能。

因此，從平面DRAM轉(zhuǎn)換到3D DRAM是大勢(shì)所趨。如圖2所示，采用3D DRAM可以增加每片晶圓的可切割晶片數(shù)(dpw)。只要3D DRAM的晶圓制造成本合理，而且易于制造生產(chǎn)，那么采用3D DRAM技術(shù)將有利于降低成本。

當(dāng)然，3D DRAM對(duì)于DRAM微縮的延續(xù)至關(guān)重要。但遺憾的是，DRAM供應(yīng)商尚未擁有自己的3D DRAM技術(shù)。

圖2：3D DRAM可讓每片晶圓切出更多的晶片與低成本DRAM

另一項(xiàng)建議是采用DDR4 NVDIMM，以取代DRAM作為主存儲(chǔ)器。非揮發(fā)性雙列直插式存儲(chǔ)器模組(NVDIMM)有很多種類型;相較于其他以儲(chǔ)存為導(dǎo)向的NVDIMM，DDR4 NVDIMM能夠表現(xiàn)得和DRAM一樣快，而且可以作為主存儲(chǔ)器。幾年前，英特爾(Intel)的3D XPoint看好DDR4 NVDIMM作為切入點(diǎn)，因?yàn)?D XPoint擁有NOR型快閃存儲(chǔ)器(flash)讀取延遲低(低于100ns)的優(yōu)點(diǎn)，因而能像DRAM一樣快速運(yùn)作。它也不需要預(yù)測(cè)軟體，因而能夠始終保持高性能。此外，采用單層儲(chǔ)存(SLC)的SLC NOR快閃存儲(chǔ)器具有很高的耐久性。因此，DDR4 NVDIMM的NOR快閃存儲(chǔ)器能夠取代DRAM，并以大量的主存儲(chǔ)器大幅提升系統(tǒng)性能，如圖3所示。

如果能透過3D NOR帶來價(jià)格更可負(fù)擔(dān)的NOR快閃存儲(chǔ)器，DDR4 NVDIMM可能更具吸引力。預(yù)計(jì)第二代3D Xpoint (即4層堆疊版本)可以實(shí)現(xiàn)大約DRAM成本的一半，但可能存在量產(chǎn)問題。

傳統(tǒng)的平面NOR由于單元(cell)尺寸較大(約10F2～12F2)而使得價(jià)格不菲。因此，3D NOR對(duì)于DDR4 NVDIMM來說必不可少。以3D NOR的情況來看，成本大約會(huì)是每GB6美分。

圖3：DDR4 NVDIMM搭配3D DRAM與3D NOR的配置

以10GB 3D DRAM加上1TB 3D NOR來看，DDR NVDIMM的成本大約是10美元+60美元=70美元。目前，業(yè)界正因持續(xù)高漲的DRAM價(jià)格而受沖擊，只能坐待下一次低潮期的出現(xiàn)。許多分析師認(rèn)為，目前這一波穩(wěn)步上揚(yáng)的態(tài)勢(shì)只能說是DRAM的另一個(gè)榮景，預(yù)計(jì)接下來將隨著市場(chǎng)供需平衡而出現(xiàn)低潮期。

然而，現(xiàn)在要預(yù)測(cè)未來的DRAM市場(chǎng)應(yīng)該考慮更多因素。如果我們看看DRAM的歷史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DRAM位元需求成長(zhǎng)超過45%時(shí)，就會(huì)開始出現(xiàn)下滑并導(dǎo)致供過于求。如今，摩爾定律已經(jīng)不再適用于平面DRAM了，而其位元需求的成長(zhǎng)也將會(huì)是過去23年來的最低點(diǎn)。不過，我們并未看到平面DRAM的位元需求成長(zhǎng)率超過45%，預(yù)計(jì)未來也不至于出現(xiàn)任何低迷市況。

當(dāng)然，我們現(xiàn)在還無法選擇3D DRAM，因?yàn)榧夹g(shù)尚未到位。使用3D NOR的NVDIMM能夠大幅降低存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的總擁有成本，因?yàn)?D NOR每GB約6美分的價(jià)格能夠取代DRAM和SSD，同時(shí)作為主存儲(chǔ)器和儲(chǔ)存存儲(chǔ)器。眾所周知，過去幾十年來，平面DRAM一直沒什么進(jìn)展?，F(xiàn)在，我們必須開始創(chuàng)新DRAM了。