經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，DRAM目前面臨越發(fā)困難的處境：PC市場的萎靡?guī)淼男枨蟛徽瘢珼RAM制程升級的的成本不斷攀升。這使得目前業(yè)界正在紛紛積極尋找DRAM的替代品，但是DRAM真是一個不得已而為之的選擇嗎？從目前DRAM的出貨量來看，短期之內(nèi)并不會有大的變化。但在長期，DRAM留下的市場空間將必是各路新興技術(shù)的必爭之地：這就是在今天這個環(huán)境下繼續(xù)深入研究DRAM的意義。

　　由于DRAM制程升級開始減速，供應(yīng)商們開始著眼于替代封裝技術(shù)和新型內(nèi)存類型與架構(gòu)。

　　DRAM一直是一個具有挑戰(zhàn)性的行業(yè)。多年來，在競爭環(huán)境下DRAM供應(yīng)商已經(jīng)經(jīng)歷了多次繁榮和蕭條的循環(huán)。但是現(xiàn)在，該行業(yè)面對著一個陰晴不定，甚至可以說是無法確定的未來。

　　一方面，DRAM供應(yīng)商在2016年面臨著產(chǎn)能過剩和價格下降之間的衰退。

　　但盡管存在商業(yè)挑戰(zhàn)，美光、三星和SK海力士仍在制程升級的競爭中全速前進，并希望在今年或明年突破20nm。然而隨著1xnm節(jié)點上的技術(shù)失去了動力，DRAM制程升級也接近了尾聲。

　　DRAM制造商和他們的消費者還面臨著其他挑戰(zhàn)。有一段時間，DRAM無法跟上當(dāng)今系統(tǒng)的寬帶需求，推進了對替換技術(shù)的需求。為此，該行業(yè)制定了一系列的解決方案，如3D DRAM和各種下一代存儲器類型。

　　問題是什么？在可預(yù)見的未來的OEM有充分的理由必須繼續(xù)使用二維DRAM。現(xiàn)在，仍然沒有可以在速度、密度和成本方面趕得上二維DRAM的替代技術(shù)。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備巨頭思科系統(tǒng)工程技術(shù)負(fù)責(zé)人Charles Slayman 認(rèn)為，目前存在幾種候選技術(shù)，但是沒有一種可以稱得上是明確的替代方案來解決剛才的問題。

　　這同樣適用于還在繼續(xù)擴產(chǎn)的NAND閃存。Slayman認(rèn)為，閃存和DRAM會停留很長一段時間，DRAM不是停滯不前的，它會繼續(xù)取得進展，但是不會以曾經(jīng)那樣極快的速度發(fā)展。從工藝節(jié)點升級中會獲取一些收益，盡管這些收益會變得愈發(fā)難以獲得。

　　無論如何，OEM可以通過集中途徑獲取主存儲器零件。為了協(xié)助OEM的生產(chǎn)，半導(dǎo)體工程已經(jīng)研究了下面幾種存儲技術(shù)的現(xiàn)狀——二維DRAM；3D或者堆疊式DRAM；和下一代存儲技術(shù)。

　　二維DRAM

　　在一個系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的存儲器層次結(jié)構(gòu)十分簡單。SRAM被集成到處理器中做緩存。DRAM用于主存儲器。磁盤驅(qū)動器和固態(tài)存儲驅(qū)動器用于數(shù)據(jù)保存。

　　每個系統(tǒng)類型有不同的DRAM需求。例如，手機OEM需要快速、低功耗并且廉價的DRAM。網(wǎng)絡(luò)方面更注重更低的延遲，對于服務(wù)器空間更重要的則是存儲器單位比特的成本和容量。

　　市場研究公司HIS的分析師Mike Howard認(rèn)為，從手機和服務(wù)器市場的放緩來看，預(yù)計在2016年DRAM業(yè)務(wù)會達(dá)到400億美金，較2015年下降10%。

　　Howard認(rèn)為，今年DRAM市場可能下降20%，很少或者根本沒有出現(xiàn)好轉(zhuǎn)跡象。目前還不清楚是否會發(fā)生反彈或什么時候會發(fā)生反彈。

　　據(jù)其他分析師所說，今年DRAM市場的資本支出預(yù)計會下降20%到30%，KLA-Tencor（科磊）企業(yè)戰(zhàn)略和市場營銷的高級經(jīng)理Takuji Tada認(rèn)為，DRAM投資會隨著價格的持續(xù)疲軟而降低。

　　除了商業(yè)問題，DRAM還面臨四個重要的技術(shù)挑戰(zhàn)——能量功耗，帶寬，延遲和制程升級。DRAM本身是建立在一個晶體管一個電容器（1T1C）單元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上。單元排列成一個矩形，呈網(wǎng)狀模式。

　　簡單的說，對DRAM單元的晶體管施加電壓，反過來給存儲電容器充電，然后每比特數(shù)據(jù)存儲在電容器中。

　　隨著時間的推移，當(dāng)晶體管關(guān)閉時，電容器中的電荷會泄露或者放電。因此，在電容器中存儲的數(shù)據(jù)必須每64毫秒就刷新一次，但這會導(dǎo)致系統(tǒng)不必要的能量功耗。

　　還有一些其他問題。來自ARM公司的信息是，從2009年到2014年，手機設(shè)備中的存儲帶寬需求已經(jīng)增加了16倍。然而時鐘延遲和器處理器到DRAM的數(shù)據(jù)傳輸器件延遲一直保持相對恒定。

　　一個關(guān)鍵的延遲度量叫做tRC。思科的Slayman認(rèn)為，處理器運行的越來越快，但從過去二十年的tRC來看，DRAM速度只增加了兩倍。所以，DRAM不是更快，但帶寬（要求）會繼續(xù)加大。

　　為解決此問題，幾年前半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)了存儲器接口技術(shù)，叫做雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）。DDR技術(shù)每時鐘周期會傳輸兩倍的數(shù)據(jù)。

　　對于PC和服務(wù)器，行業(yè)正從DDR3標(biāo)準(zhǔn)往DDR4 DRAM過渡。DDR4 DRAM數(shù)據(jù)率高達(dá)25.8-GB/s，是DDR3 DRAM的兩倍。在移動領(lǐng)域，OEM正從LPDDR3轉(zhuǎn)型至LPDDR4 DRAM。LPDDR DRAM是DRAM的低功耗版本。LPDDR4的數(shù)據(jù)率也高達(dá)25.8-GB/s。

　　現(xiàn)在，DDR4/LPDDR4 DRAM正在量產(chǎn)爬坡，但是這項技術(shù)可能不夠快。事實上，一些OEM廠商想要更快的存儲器和更大的帶寬。

　　于是呢？現(xiàn)在，在一些不起眼的角落，行業(yè)正著眼于下一代接口技術(shù)——DDR5和LPDDR5。Slayman說：“現(xiàn)在需要DDR4的替代品，服務(wù)器和路由器的確需要大量的存儲器，他們也許需要類似DDR5那樣提供盡可能高的密度的解決方案。”

　　DDR5/LPDDR5的規(guī)格和時間尚不清楚。DDR5/LPDDR5甚至有可能永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)。實際上，DDR4/LPDDR4或者是DDR5/LPDDR5可能成為二維DRAM的終結(jié)，并且有一個更好的理由——DRAM將很快停止制程升級。

　　展望未來，供應(yīng)商們希望通過兩代或三代1xnm體制去升級DRAM，也被稱為1xnm，1ynm和1znm。應(yīng)用材料的硅晶系統(tǒng)事業(yè)部門存儲器與材料總經(jīng)理Er-Xuan Ping解釋到，1xnm處于16nm和19nm之間，1ynm規(guī)定在14nm到16nm，1znm規(guī)定在12nm到14nm。

　　將DRAM制程升級到1znm是有可能的，但是想超越它卻不太可能。泛林半導(dǎo)體的全球產(chǎn)品集團首席技術(shù)官Yang Pan認(rèn)為DRAM從20nm到1xnm的過渡期要面對數(shù)種工藝和集成挑戰(zhàn)。

　　經(jīng)濟學(xué)在這個問題上起著重要作用。HIS的Howard認(rèn)為DRAM還有一兩代技術(shù)，但是每次升級都需要更長的時間一步步探索。隨著DRAM降到20nm以下、到達(dá)15nm范圍內(nèi)，它開始帶來一些有趣的經(jīng)濟問題。如，什么時候停止縮小尺寸會有經(jīng)濟上的意義？目前真的達(dá)到了制程升級和維護信號完整性的物理極限。

　　DRAM制程升級還有多遠(yuǎn)的路要走？ TechInsights的高級技術(shù)研究員Jeongdong Choe認(rèn)為下一個制程節(jié)點可能是18nm。而到15nm的挑戰(zhàn)性會更大。

　　總之，DRAM將失去動力并在未來十年內(nèi)停止升級。應(yīng)用材料的Ping認(rèn)為十年后，人們將不會為DRAM制程升級繼續(xù)投資。在那個階段，DRAM制造商將繼續(xù)大量生產(chǎn)DRAM，但這很可能只是1xnm基礎(chǔ)上的遺留部分，在幾何圖形之上。