中文引用格式： 牛君怡，孫鍇. DRAM研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(12)：21-30.
英文引用格式： Niu Junyi，Sun Kai. Research status and development direction of DRAM[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(12)：21-30.
引言
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Dynamic Random Access Memory, DRAM）是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用的一種存儲(chǔ)器類型。DRAM因其高存儲(chǔ)密度和較低成本的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于各種計(jì)算和電子設(shè)備中。
DRAM的基本單元由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容組成，晶體管則用來訪問和控制數(shù)據(jù)的讀取和寫入。字線用來控制晶體管的開關(guān)，位線用來感知電容上的電荷來進(jìn)行讀取操作。然而，由于電容漏電，DRAM需要定期刷新以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，這是與靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Static Random Access Memory, SRAM）的主要區(qū)別。DRAM的存儲(chǔ)容量由其存儲(chǔ)單元的數(shù)量決定，而訪問速度則取決于存儲(chǔ)單元的排列方式和訪問機(jī)制。在現(xiàn)代DRAM中，存儲(chǔ)單元通常以矩陣形式排列，通過行地址和列地址來定位特定的存儲(chǔ)單元。
在過去的幾十年中，每個(gè)芯片的存儲(chǔ)單元數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。存儲(chǔ)單元的縮放一直是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)密度快速增加的主要策略[1]，由于DRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這種出色的可擴(kuò)展性使其在存儲(chǔ)器市場(chǎng)上獲得了長(zhǎng)期的成功。尤其是受數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的需求影響，預(yù)計(jì)2032年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1 939.7億美元[2]。
目前主流DRAM產(chǎn)品目前處在10~20 nm工藝制造的階段，由于DRAM制程工藝進(jìn)入20 nm以后，制造難度越來越高，因此內(nèi)存芯片制造廠商對(duì)工藝的定義不再是具體的尺寸，而是以1x（第一代）、1y（第二代）、1z（第三代）、1a（第四代）、1b（第五代）來定義，每一代的DRAM產(chǎn)品都向著10 nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)靠近。目前，世界上領(lǐng)跑DRAM市場(chǎng)的三大廠商（三星、美光和海力士）都已經(jīng)商業(yè)化基于1a和1b技術(shù)節(jié)點(diǎn)的DRAM產(chǎn)品。而國內(nèi)DRAM廠商代表長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)于2023年11月28日發(fā)布基于18.5 nm（相當(dāng)于1x技術(shù)節(jié)點(diǎn)）工藝的LPDDR5產(chǎn)品，成為國內(nèi)首家自主研發(fā)LPDDR5的公司。
DRAM單元的縮放也帶來了許多的問題。如果不在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面進(jìn)行重大創(chuàng)新，DRAM的密度提升將很快遇到瓶頸，不再能夠滿足像人工智能、計(jì)算機(jī)等應(yīng)用對(duì)高速、密集存儲(chǔ)器的要求。
本文通過總結(jié)DRAM近五年的一些研究成果，探討DRAM技術(shù)的發(fā)展歷程，分析當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，展望未來的發(fā)展方向。
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作者信息：
牛君怡1，孫鍇1，2
（1.中國科學(xué)院大學(xué) 集成電路學(xué)院，北京 101408；
2.中國科學(xué)院微電子研究所，北京 100029）
