美光DRAM进入1β时代，领先全部竞争对手

内存和存储芯片制造商美光科技表示，它正在运送迄今为止比特密度最高的 DRAM 内存芯片样品。与上一代相比，16 Gb DRAM 芯片的功率效率提高了 15%，密度提高了 35%。值得注意的是，美光在没有借助最先进的芯片制造技术——极紫外光刻技术的情况下实现了这一改进。构成 DRAM 单元的特征并不像逻辑芯片上的那么小，但进展表明 DRAM 密度在未来仍可能进一步缩小。

美光表示，它正在运送 LPDDR5X 芯片的样品，这是为智能手机等功率受限系统制造的内存。（LPDDR5X 解包意味着：对第 5 代双倍数据速率内存通信标准的低功耗版本进行了改进，能够每秒传输 8.5 Gb。）它是第一款使用美光新制造工艺制造的芯片，称为 1-beta，该公司表示，它保持了一年前超过三星和SK 海力士等竞争对手的领先优势。

Objective Analysis的内存和存储分析师Jim Handy解释说，DRAM 和逻辑芯片的制造工艺在几十年前就出现了分歧，随着时间的流逝，逻辑芯片更积极地缩小晶体管。产生分歧的原因与 DRAM 的结构有关。DRAM在电容器中存储一点电荷。对每个电容器的访问由晶体管选通。但是晶体管是一个不完美的屏障，电荷最终会泄漏出去。因此 DRAM 必须定期刷新，在它们耗尽之前恢复其位。为了在提高内存密度的同时保持合理的刷新周期，DRAM 制造商不得不对电容器的构成进行一些相当彻底的改变。对于美光和其他主要制造商来说，它现在就像一根高大的柱子，并且使用逻辑芯片中没有的材料制成。

尽管如此，存储器制造商一直在投资逻辑芯片公司拥有的最新关键制造工具：极紫外光刻。但美光不需要它来实现其最新芯片。相反，该公司使用了专有版本的“多图案”技术，同时坚持使用已久的193 纳米浸没式光刻技术。多重图案包括投射图案、蚀刻和沉积材料的循环，然后投射另一个图案——以这样一种方式完成，即相互作用产生比任何单一模式都更精细的结构。美光公司 DRAM 工艺集成副总裁 Thy Tran 表示，这一版本的多模式技术改编自美光公司 NAND 闪存业务中使用的一种。“我们已经采取了这一措施，并积极地扩展了它，”她说。“能够同时利用 DRAM 和 NAND [闪存] 非常有价值。”

Handy 说，不需要使用 EUV 是“真正的妙招”。但它遵循一种趋势。“十多年来，美光已经能够比其他人更智能地使用旧的工艺技术和设备。”

Tran 表示，该公司目前相信它在下一个工艺（即 1-gamma）将开始使用 EUV 。

最初的产品是为移动系统设计的，因此它优先考虑节能。其中一部分来自使用“增强的”动态电压和频率缩放。这项技术允许芯片以较慢的时钟和较低的电压运行以节省能源，然后提高到更高的频率和电压以完成更多工作。内黄移动产品线管理副总裁 Ross McDermott 解释说，美光之前的制造技术 1-alpha 在省电模式下可以以每秒 1600 兆比特的速度传输数据。使用 1-beta 工艺制造的 LPDDR5X DRAM 在低功耗条件下可以以 3200 Mb/s 的速度运行。手机制造商“具有以更快速度运行的功能或应用程序，可以进入[低功耗]模式并从根本上进一步降低功耗，

Tran 表示，美光稍后将使用 1-beta 制造其他类型的 DRAM，包括为数据中心处理器和 AI 加速器提供动力的高带宽内存。

美光科技今天宣布，它正在向选定的智能手机制造商和芯片组合作伙伴运送其 1β (1-beta) DRAM 技术的合格样品，并已通过世界上最先进的 DRAM 技术节点实现了量产准备。该公司正在其低功耗双倍数据速率 5X (LPDDR5X) 移动内存上推出其下一代工艺技术，提供每秒 8.5 Gb (Gb) 的最高速度等级。该节点在性能、位密度和功率效率方面提供了显著的收益，这将带来广泛的市场优势。除了移动，1β 还提供低延迟、低功耗、高性能 DRAM，这对于支持从智能车辆到数据中心的高响应应用程序、实时服务、个性化和情境化体验至关重要。

全球最先进的 DRAM 工艺节点 1β 和2021 年的 1α (1-alpha) 批量出货巩固了公司在市场的领先地位。该节点提供了约 15% 的功率效率提升和超过 35% 的位密度改进 ，每个裸片容量为 16Gb。

“我们的 1-beta DRAM 的推出标志着内存创新的又一次飞跃，我们专有的多图案光刻技术结合了领先的工艺技术和先进的材料能力，”美光技术和执行副总裁 Scott DeBoer 说。“通过提供世界上最先进的 DRAM 技术，每个内存芯片的位数比以往任何时候都多，该节点为从边缘到云端引入新一代数据丰富、智能和节能技术奠定了基础。”

这一里程碑也紧随美光于 7 月出货全球首个 232 层 NAND 之后，其架构旨在推动前所未有的存储性能和面密度。凭借这些新的第一，美光继续在内存和存储创新领域引领市场——这一切都得益于公司在尖端研发 (R&D) 和制造工艺技术方面的深厚根基。

随着 LPDDR5X 的出样，移动生态系统将率先受益于 1β DRAM 的显着收益，这将开启下一代移动创新和先进的智能手机体验——同时消耗更少的电力。凭借 1β 的速度和密度，高带宽用例将在下载、启动和同时使用需要大量数据的 5G 和人工智能 (AI) 应用程序期间反应灵敏且流畅。此外，基于 1β 的 LPDDR5X 不仅将增强智能手机摄像头启动、夜间模式和人像模式的速度和清晰度，还将实现无抖动、高分辨率 8K 视频录制和直观的手机内视频编辑。

1β 工艺技术的每比特低功耗为智能手机提供了市场上最节能的内存技术。这使得智能手机制造商能够设计出电池寿命更长的设备——这对于消费者希望在使用耗能、数据密集型应用程序的同时延长电池寿命至关重要。

在这款基于 1β 的 LPDDR5X 上实施新的 JEDEC 增强型动态电压和频率缩放扩展内核 (eDVFSC) 技术也实现了节能。以高达每秒 3,200 兆比特的双倍频率层添加 eDVFSC 2 提供了改进的节能控制，从而能够根据独特的最终用户模式更有效地使用电源。

美光业界首创的 1β 节点可在更小的空间内实现更高的内存容量，从而降低每比特数据的成本。DRAM 缩放很大程度上是由这种每平方毫米半导体面积提供更多和更快内存的能力来定义的，这需要缩小电路以在大约指甲大小的芯片上容纳数十亿个存储单元。几十年来，随着每个工艺节点，半导体行业每年或两年都在缩小设备；然而，随着芯片变得越来越小，在晶圆上定义电路图案需要挑战物理定律。

虽然该行业已开始转向使用极紫外光来克服这些技术挑战的新工具，但美光已利用其久经考验的领先纳米制造和光刻技术来绕过这一仍然新兴的技术。这样做涉及应用该公司专有的、先进的多重图案化技术和沉浸式功能，以最高精度对这些微小的特征进行图案化。这种减少所提供的更大容量还将使智能手机和物联网设备等外形尺寸较小的设备能够将更多内存装入紧凑的空间中。

为了在 1β 和 1α 方面实现竞争优势，美光在过去几年中还积极推进其卓越制造、工程能力和开创性研发。这种加速的创新首先使美光比竞争对手提前一年实现了前所未有的 1α 节点增长，这在公司历史上首次确立了美光在 DRAM 和 NAND 领域的领导地位。3 多年来，美光进一步投资了数十亿美元，将其晶圆厂转变为先进、高度自动化、可持续和人工智能驱动的设施。这包括对美光在日本广岛的工厂的投资，该工厂将在 1β 上量产 DRAM。

随着机器对机器通信、人工智能和机器学习等耗能用例的兴起，节能技术对企业来说越来越重要，尤其是那些希望满足严格的可持续发展目标和降低运营费用的企业。研究人员发现，训练单个 AI 模型的碳排放量是美国汽车（包括其制造）的五倍。此外，据预测，到 2030 年，信息和通信技术将使用全球 20% 的电力。

美光的 1β DRAM 节点为互联世界的进步提供了多功能基础，互联世界需要快速、无处不在、节能的内存来推动数字化、优化和自动化。在 1β 上制造的高密度、低功耗内存可在需要大量数据的智能事物、系统和应用程序之间实现更节能的数据流，以及从边缘到云的更多智能。明年，该公司将开始在嵌入式、数据中心、客户端、消费者、工业和汽车领域增加其 1β 产品组合的其余部分，包括图形内存、高带宽内存等。

半导体行业观察