DRAM、3D NAND面临新挑战

对于内存市场来说，这是一个颠倒的时期，而且还没有结束。

到2020年为止，3D NAND和DRAM这两种主要内存类型的需求略好于预期。但现在，由于经济放缓、库存问题和持续的贸易战，市场存在一些不确定性。

此外，3 d与非市场正在向新一代技术发展，但一些技术遇到了收益率问题。3D NAND和DRAM的供应商也面临着来自中国的新竞争。

在2019年放缓之后，内存市场本应在今年反弹。然后，COVID-19大流行爆发了。突然间，很大一部分国家采取了各种措施来缓解疫情，如居家令和关闭企业等。经济动荡和失业很快随之而来。

然而，事实证明，在家工作的经济推动了对个人电脑、平板电脑和其他产品的不可预见的需求。数据中心对服务器的需求也在迅速增长。所有这些都推动了对内存、逻辑和其他类型芯片的需求。

正在进行的中美贸易战继续给市场带来不确定性，但也引发了一波恐慌性的芯片购买潮。基本上，美国对中国华为实施了各种贸易限制措施。因此，一段时间以来，华为一直在囤积芯片，推高了需求。

这就要结束了。9月14日后，美国公司和其他公司要想与华为开展业务，将需要从美国政府获得新的许可证。许多供应商正在切断与华为的关系，这将影响芯片需求。

总而言之，整个内存市场是复杂的，有几个未知数。为了帮助业界获得对未来的一些见解，《半导体工程》研究了DRAM、3D NAND和下一代内存的市场。

DRAM动力学
今天的系统集成了处理器、图形以及内存和存储，通常被称为内存/存储层次结构。在这个层次的第一层，静态存储器集成到处理器中，用于快速数据访问。动态随机存取记忆体下一层是独立的，用于主存。磁盘驱动器和基于nand的固态存储驱动器(ssd)用于存储。

2019年是DRAM的艰难时期，需求低迷和价格下跌。三大DRAM厂商之间的竞争非常激烈。根据TrendForce的数据，在DRAM市场，三星在2020年第二季度的市场份额为43.5%，其次是SK海力士(30.1%)和美光(21%)。

随着来自中国的新进入者，竞争预计将加剧。据Cowen & Co称，中国长信内存科技(CXMT)正在推出其首条19纳米DRAM生产线，17纳米产品正在开发中。

CXMT将如何影响市场仍有待观察。与此同时，到2020年，DRAM市场的前景喜忧参半。根据IBS的数据，DRAM市场预计将达到620亿美元，与2019年的619.9亿美元大致持平。

居家经济，再加上数据中心服务器的繁荣，推动了2020年上半年和第三季度DRAM的强劲需求。IBS首席执行官汉德尔·琼斯表示:“2020年第一季度至第三季度增长的主要驱动力是数据中心和个人电脑。

如今，DRAM厂商正在推出基于1xnm节点的设备。FormFactor高级副总裁Amy Leong表示:"我们看到第三季DRAM需求走强，因DRAM供应商开始增加' 1nmy '和' 1nmz '节点。" FormFactor是芯片测试应用探测卡供应商。

然而，现在人们担心2020年下半年会出现放缓。IBS的琼斯说:“在2020年第四季度，由于数据中心需求放缓，市场出现了一些疲软，但这不是一个严重的下降。”

与此同时，到目前为止，智能手机的内存需求今年表现平平，但这种情况可能很快就会改变。在移动DRAM方面，厂商正在增加基于新的LPDDR5接口标准的产品。据三星电子介绍，16GB的LPDDR5设备的数据传输速率为5500mb /s，比以前的移动存储标准(LPDDR4X, 4266Mb/s)快了约1.3倍。

Cowen分析师卡尔·阿克曼(Karl Ackerman)在一份研究报告中表示:“我们预计，随着搭载更高DRAM含量的旗舰5G智能手机设备产量的增加，到2020年，移动DRAM和NAND需求将不断增加。”

下一代无线技术5G有望在2021年带动DRAM需求。根据IBS的数据，DRAM市场预计将在2021年达到681亿美元。IBS的琼斯表示:“2021年，增长的关键驱动力将是智能手机和5G智能手机。”此外，数据中心的增长也将相对强劲。”

NAND挑战
经过一段时间的缓慢增长后，NAND供应商闪存也希望在2020年出现反弹。FormFactor的Leong表示:"我们对NAND闪存的长期需求持乐观态度。"

据IBS称，总体而言，NAND闪存市场预计在2020年将达到479亿美元，比2019年的439亿美元增长9%。IBS的琼斯说:“2020年第一季度至第三季度的主要应用驱动因素是智能手机、个人电脑和数据中心。”“我们看到2020年第四季度需求有所疲软，但并不显著。”

根据IBS的数据，到2021年，NAND市场预计将达到533亿美元。琼斯说:“2021年的主要推动力将是智能手机。”“我们看到销量在增长，每部智能手机的NAND内容也在增加。”

根据TrendForce的数据，在NAND市场，三星在2020年第二季度的份额为31.4%，其次是Kioxia(17.2%)，西部数据(15.5%)，SK海力士(11.7%)，然后是美光(11.5%)和英特尔(11.5%)。

如果这还不够竞争的话，中国的长江存储技术公司(YMTC)最近推出了一款64层的3D NAND设备，进入了3D NAND市场。琼斯说:“YMTC在2021年将有相对强劲的增长，但其市场份额非常低。”

与此同时，一段时间以来，供应商一直在加紧生产3D NAND闪存，这是平面NAND闪存的继任者。与平面NAND不同，平面NAND是2D结构，3D NAND类似于垂直的摩天大楼，其中水平层的存储单元堆叠起来，然后使用微小的垂直通道连接起来。

3D NAND是通过设备中堆叠的层数来量化的。随着层数的增加，系统中的比特密度也随之增加。但当你增加更多的层时，制造的挑战就会升级。

3D NAND也需要一些困难的沉积和蚀刻步骤。“你在使用不同的化学物质。您还需要特定的蚀刻配置文件，特别是高纵横比蚀刻或他们称为HAR。对于3D NAND来说，这变得非常关键，”TEL美国副总裁兼副总经理Ben Rathsack在最近的一次演讲中表示。

去年，供应商开始出货64层3D NAND产品。TechInsights的高级技术人员Jeongdong Choe表示:“如今，92层和96层3D NAND设备很常见。“这些设备在移动设备、ssd和企业市场中很常见。”

128层3D NAND是下一代技术。有报道称，由于产量问题，一些项目推迟了。“128L刚刚发布。128L固态硬盘刚刚上市。”“有点延迟了。不过，收益率问题仍然存在。”

目前还不清楚这个问题会持续多久。尽管如此，供应商正在采取不同的方式来扩展3D NAND。有些人正在使用所谓的字符串堆叠方法。例如，有些公司正在开发两个64层的设备，并将它们堆叠起来，形成一个128层的设备。

其他人则选择了另一条道路。Choe说:“三星在128L中保留了单堆栈方法，这涉及到非常高的纵横比垂直通道蚀刻。”

该行业将继续扩大3D NAND。崔预计，到2021年底，176层至192层的3D NAND部件将投入风险生产。

这里有一些挑战。“我们对3D NAND的扩展持乐观态度，”Rick Gottscho说林的研究．“扩大3D NAND的规模有两大挑战。一个是随着你沉积越来越多的层，薄膜中的应力会增加，这可能会扭曲晶圆和扭曲图案，所以当你使用双层或三层时，对齐就成为一个更大的挑战。”

目前还不清楚3D NAND芯片能发展到什么程度，但对更多芯片的需求总是存在的。Gottscho称，"长期需求强劲。"“数据、数据生成和存储都在爆炸式增长。所有这些挖掘数据的应用程序都将为新的应用程序提供更多的数据，因此对数据的需求是无止境的，并且永远存储数据。”

下一代记忆
一段时间以来，业界一直在开发几种下一代内存类型，例如相变存储器(PCM),STT-MRAM，ReRAM等。

这些存储器类型很有吸引力，因为它们结合了SRAM的速度和闪存的非易失性以及无限的持久性。但是新存储器的开发需要更长的时间，因为它们使用复杂的材料和转换方案来存储数据。

在新的存储器类型中，PCM是最成功的。一段时间以来，英特尔一直在发布3D XPoint，这是一种PCM。美光也在运送PCM。PCM是一种非易失性存储器，通过改变材料的状态来存储数据。它比flash更快，续航能力更强。

STT-MRAM也在发货。它具有SRAM的速度和闪存的非波动性，具有无限的续航能力。它利用电子自旋的磁性在芯片中提供非挥发性。

STT-MRAM提供独立和嵌入式应用程序。在嵌入式方面，它的目标是在微控制器和其他芯片中取代22纳米及以上的NOR (eFlash)。

ReRAM具有比flash更低的读延迟和更快的写性能。在ReRAM中，将电压施加到材料堆栈上，在存储器中记录数据的电阻中产生变化。

UMC产品管理技术总监David Uriu表示:“ReRAM和MRAM在一定程度上受到了缺乏成功批量使用案例的影响。”“从PCM到MRAM再到ReRAM，每种技术都有其优缺点。我们已经看到了许多令人兴奋的关于这些技术的预测，但事实是它们仍在研究中。”

当PCM正在获得动力时，其他技术才刚刚扎根。Uriu表示:“产品采用的成熟度问题需要随着时间的推移而得到证明，以获得对解决方案能力的信心。”“成本、模拟性能和一般使用案例的问题已经提出，只有少数人正在迎接挑战。大多数公司的风险太大，无法押注生产和总拥有成本风险。”

这并不是说MRAM和ReRAM的潜力有限。“我们确实看到了MRAM和ReRAM的未来潜力。PCM虽然相对昂贵，但已被证明是有效的，并已开始成熟。”“我们的行业不断改进与开发这些新的内存设计的成熟度接受度相关的材料和用例，这些将被推向市场，用于人工智能、机器学习和内存处理或内存计算应用等高级应用。它们将扩展到我们今天用于消费、智能物联网、通信、3D传感、医疗、交通和信息娱乐应用的许多机器中。”

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