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是時候尋找低成本DRAM替代方案了

發(fā)布時間:2018-01-10 來源:Sang-Yun Lee,BeSang執(zhí)行長 責任編輯:lina

【導讀】2017年是DRAM需求強勁成長的一年。過去三年來,平面DRAM微縮已經(jīng)大幅減緩了。DRAM正轉變?yōu)橘u方市場,并為廠商創(chuàng)造了新的利潤記錄。就像石油危機一樣,在DRAM危機下,客戶必須為DRAM付出了更多代價。因此,現(xiàn)在是時候尋找低成本替代方案了。


動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)價格持續(xù)升溫,而要緩解這個價格居高不下的問題并不容易,因為它并非來自供給與需求的失衡,而是源于平面DRAM的摩爾定律終結。
 
2017年是DRAM需求強勁成長的一年。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正轉變?yōu)橘u方市場,并為廠商創(chuàng)造了新的利潤記錄。就像石油危機一樣,在DRAM危機下,客戶必須為DRAM付出了更多代價。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)展藍圖的計劃與現(xiàn)實。(來源:WSTS、IC Insights、David Manners)
 
目前,MRAM和PCM等新興存儲器對于平面DRAM帶來了挑戰(zhàn)。然而,MRAM轉向嵌入式應用,而PCM(如3D XPoint)則被用于高端SSD應用。實際上,考慮到單位成本、性能和可靠性,它們也很難直接取代平面DRAM。因此,新興的存儲器目前正在尋找自己的利基市場。
 
DRAM晶圓廠擴產是提高DRAM供應的一種方法。然而,DRAM廠商可能會猶豫不決,因為新廠的成本大約是升級晶圓廠的六倍。由于DRAM的橫向微縮,供應商開始升級晶圓廠來提高DRAM產量,從而以2N倍數(shù)指數(shù)級地提高了DRAM位輸出。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位輸出,再加上制造成本較高,將使得DRAM的價格更昂貴。此外,以賣方市場來看,DRAM供應商也沒什么特別有力的理由需要通過投資新晶圓廠來增加DRAM晶圓廠的產能。
 
因此,從平面DRAM轉換到3D DRAM是大勢所趨。如圖2所示,采用3D DRAM可以增加每片晶圓的可切割芯片數(shù)(dpw)。只要3D DRAM的晶圓制造成本合理,而且易于產生,那么采用3D DRAM技術將有利于降低成本。
 
圖2:3D DRAM可讓每片晶圓切出更多的芯片與低成本DRAM。
 
當然,3D DRAM對于DRAM微縮的延續(xù)至關重要。但遺憾的是,DRAM供貨商尚未擁有自己的3D DRAM技術。
 
另一項建議是采用DDR4 NVDIMM,以取代DRAM作為主存儲器。非揮發(fā)性雙列直插式存儲器模塊(NVDIMM)有很多種類型;相較于其他以儲存為導向的NVDIMM,DDR4 NVDIMM能夠表現(xiàn)得和DRAM一樣快,而且可以作為主存儲器。幾年前,英特爾的3D XPoint看好DDR4 NVDIMM作為切入點,因為3D XPoint擁有NOR型閃存讀取延遲低(低于100ns)的優(yōu)點,因而能像DRAM一樣快速運作。它也不需要預測軟件,因而能夠始終保持高性能。此外,采用單層儲存(SLC)的SLC NOR閃存具有很高的耐久性。因此,DDR4 NVDIMM的NOR閃存能夠取代DRAM,并以大量的主存儲器大幅提升系統(tǒng)性能,如圖3所示。
 
如果能通過3D NOR帶來價格更可負擔的NOR閃存,DDR4 NVDIMM可能更具吸引力。預計第二代3D Xpoint (即4層堆棧版本)可以實現(xiàn)大約DRAM成本的一半,但可能存在量產問題。
 
傳統(tǒng)的平面NOR由于單元(cell)尺寸較大(約10F2~12F2)而使得價格不菲。因此,3D NOR對于DDR4 NVDIMM來說必不可少。以3D NOR的情況來看,成本大約會是每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)。許多分析師認為,目前這一波穩(wěn)步上揚的態(tài)勢只能說是DRAM的另一個榮景,預計接下來將隨著市場供需平衡而出現(xiàn)低潮期。
 
然而,現(xiàn)在要預測未來的DRAM市場應該考慮更多因素。如果我們看看DRAM的歷史就會發(fā)現(xiàn),當DRAM位需求成長超過45%時,就會開始出現(xiàn)下滑并導致供過于求。如今,摩爾定律已經(jīng)不再適用于平面DRAM了,而其位需求的成長也將會是過去23年來的最低點。不過,我們并未看到平面DRAM的位需求成長率超過45%,預計未來也不至于出現(xiàn)任何低迷市況。
 
當然,我們現(xiàn)在還無法選擇3D DRAM,因為技術尚未到位。使用3D NOR的NVDIMM能夠大幅降低內存子系統(tǒng)的總擁有成本,因為3D NOR每GB約6美分的價格能夠取代DRAM和SSD,同時作為主存儲器和儲存存儲器。眾所周知,過去幾十年來,平面DRAM一直沒什么進展。現(xiàn)在,我們必須開始創(chuàng)新DRAM了。
 





 
 
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