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    • 01、亟需救援
    • 02、DDR5是曙光吗?
    • 03、大厂押注 三星夺取 DDR5 内存芯片新阵地
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DDR5,为寒潮退去做足了准备

11/19 10:54 作者:半导体产业纵横
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2017年6月,负责计算机内存技术标准的组织JEDEC宣称,下一代内存标准DDR5将亮相,并预计在2018年完成最终的标准制定。

2020年7月,JEDEC协会正式公布了DDR5标准,起步4800MHz,未来可以达到6400MHz。

从此DDR5开始进入大厂研发和量产的舞台。Yole Group做出预测指出,DDR5的广泛采用应该会从2022年的服务器开始,手机、笔记本电脑和PC等主流市场则是2023年开始广泛采用DDR5。

今年下半年半导体行业开始经历阵痛,大厂财报叫苦连连,被称为半导体行业风向标的存储也价格一跌再跌。然而同时在2022年下旬,陆续有许多边缘运算方案供应商推出了以DDR5为主要运算核心的次世代系统,可以预料以DDR5为新主流电脑市场的竞赛,俨然将于2022年底正式展开。

DDR5,是寒冬里的第一束光吗?

01、亟需救援

三星电子、SK海力士和美光,正在减产、应对库存问题、节约资本开支,并推迟先进技术的进展,以应对存储器需求的疲软态势。存储器是半导体市场占比的最高分支,2021年市场空间大约1600亿美元,也在电子产品中随处可见,它是一项标准化的产品,在国际市场上发展得很成熟,产业随库存、需求、产能的变化具有明显的周期性,厂商的生产和盈利情况随行业周期性波动而剧烈变动。

根据TrendForce集邦咨询研究显示,2022年闪存(NAND)市场的增长率只有23.2%,这达到近8年来最低增长数值;内存(DRAM)的增长率仅有19%,并预计在2023年进一步降至14.1%。 市场的供过于求强烈推动了下行周期,这也是DRAM和NAND低价的主要原因。2021年厂商们在扩产方面较为乐观,NAND和DRAM还供不应求,随着需求端在2022年开始下降,行情进入供过于求。

SK海力士在三季度财报中说,DRAM和NAND产品需求低迷,销量和价格双双下降。SK海力士在三季度财报会上表示,为优化成本,公司在三季度努力提高新品的销售比例和良率,但是大幅降价超过了降低的成本,营业利润也有所下降。

三星电子、SK海力士、美光三家厂商内存的产出量在今年仅保持了12-13%的增长。2023年,三星电子的产出量还将减少8%,SK海力士减少6.6%,美光减少4.3%。

大厂在资本支出、扩产方面行为谨慎。SK海力士表示,明年资本开支将同比减少50%以上,今年的投资预计在10-20万亿韩元左右。美光也称会大幅削减2023财年的资本支出,并降低制造厂的利用率。

02、DDR5是曙光吗?

DDR4在约10年的时间里一直是DRAM的主力产品。不过,业界预测今年将是DDR5的预热年,而从明年开始,DDR5渗透率将大幅提升。

相比DDR4的优势

实际上早在2016年,美光就曾发布关于DDR5内存的相关信息。从美光当时公布的文件来看,DDR5内存将从8GB容量起步,最高可达单条32GB,I/O带宽能达到3.2-6.4Gbps,同时电压1.1V,内存带宽将为DDR4内存的两倍。此外,美光当时还在芯片论坛上表示DDR5内存将从3200MHz起步,主流内存频率可达6400MHz。从已经公布的产品情况来看,当时美光的预测偏差不大。目前已经亮相的DDR5内存大多是4800MHz,但厂商也并未表示不会出3200MHz系列。同时,据公开数据显示,在主板开启XMP超频的话,内存频率可达8400MHz。

在官方介绍中,针对DDR5和DDR4内存的一些硬性指标进行了对比。与上一代产品DDR4相比,DDR5提供2个独立子通道,速度(带宽)快约2倍,同时额定电压为1.1V,低于DDR4(1.2V),耗电降低约20%。

事实上,DDR5模块与DDR4模块之间的一个关键区别就是前者存在子通道。一个标准的DDR5模块有两个独立的子通道,每个子通道最多有两个物理软件包级别。每个DRAM包都可以在主/次拓扑中配置,以实现增加密度的额外逻辑级别。正因为如此,内存的并发性在DDR4的基础上提升了一倍,信号能够更完整高效地传递。DDR5DIMM新架构提高了并发性,并使系统中可用的内存通道增加了一倍,从而实现内存性能的提升。

根据已经公开的资料显示,在优化DDR5 DRAM内核运算能力上,DDR5内存增加了内置纠错码(ECC),全面实现数据纠错能力,进一步提高数据完整性,同时也缓解了系统错误校正负担并充分利用DRAM读写的高效机制。同时,有的DDR5品牌在研发时还加入了SAME-BANK Refresh(同步刷新)功能。此命令允许刷新每个BG中的一个Bank,使所有其他Bank保持打开状态以继续正常操作。

相较于DDR4,DDR5的劣势约可整理为以下两方面:

温度:因DDR5是以极高速运转,因此须留意系统机构散热,避免IC和电源管理IC温度过高

价格:随着规格提升,DDR5价格也较DDR4高出逾50%,可能成为企业的阻碍。但如前所述,包括5G、机器学习(ML)等各类进阶应用中,DDR5的整体效能、规格的提升,对相关企业来说仍具一定优势与吸引力。

 

03、大厂押注 三星夺取 DDR5 内存芯片新阵地

在DRAM这个重要的存储芯片细分领域,三星、SK海力士和美光是当之无愧的佼佼者。研究机构ICInsights的数据显示,2021年三大厂商共占据DRAM市场94%的份额。具体来说,三星作为DRAM市场的第一大企业,坐拥43%的市场份额;三星的“韩国同胞”SK海力士则占据28%的市场份额;美光强劲的发展态势同样引人注目,目前占据23%的DRAM市场份额。DDR5作为一种正在开发的高带宽电脑存储器规格,目前在DRAM市场受到的关注度越来越高,或许会成为三家厂商提升自身市场竞争力的关键点之一。

据了解,与DDR4相比,DDR5将提供两倍以上的有效带宽,有助于缓解每个核心的带宽紧张,进一步推动CPU内核数量的增加,使计算能力逐年提高。

事实上,三大厂商在2021年下半年就陆续宣布量产DDR5产品。三星作为DRAM市场中市占率第一的厂商,自然不会错过这一发展机会。2021年,面向DDR5模块,三星选择帮助数据中心、企业服务器和PC应用程序充分利用DDR5性能,以完成高要求、高内存密集型任务。2021年5月18日,三星宣布推出集成能源管理电路(PMIC)——S2FPD01、S2FPD02和S2FPC01,用于DDR5双列直插式存储模块(DIMM)。

现阶段,三星正在与AMD共同研发单条容量达512GB、甚至1TB的DDR5内存产品。三星在与AMD的探讨中,找到了DDR5DRAM的研发新方向,能够将内存核心容量提高到32Gb,将堆栈层数提升至8H,多种技术之下可以实现32Gb、3DS、8H堆栈,使系统内存容量可提升至32TB。

SK 海力士竞争筹码

SK海力士在DRAM市场占据28%的市场份额,对于DDR5同样势在必得。单从时间节点来看,SK海力士在DDR5市场先声夺人,于2021年10月推出了全球首款DDR5产品,发布产品的时间节点略微领先其他两个厂商。

近期,SK海力士宣布,已经开发出了首款基于DDR5DRAM的CXL存储器样品。SK海力士方面表示,基于PCIe的CXL是为了高效使用CPU、GPU、加速器、存储器等而开发的全新规范化接口。SK海力士开发的首款CXL存储器是采用最新技术节点1anm DDR5 24Gb的96GB产品。SK海力士预计将在近期的全球性半导体活动中推出实物产品,明年开始批量生产。

对于SK海力士而言,EUV光刻也是重要的竞争筹码。此前,DRAM生产大多不需要先进工艺去完成,而是采用成熟的制程节点,涉及的元器件数量较少。三星作为第一个“吃螃蟹的人”,让DRAM的技术进入了新纪元,SK海力士作为三星的劲敌,自然不会落后,在2021年2月完成了首个用于DRAM的EUV晶圆厂M16,正式引入了EUV光刻设备。2021年7月,SK海力士宣布量产了1anm工艺的8千兆的LPDDR4 EUV DRAM。9月1日消息,SK海力士将与JSR联合研制DRAMEUV光刻胶,以推动实现EUV用金属氧化物PR的应用,确保自身内存技术领先。

“存储器产品工艺制程不断演进,已经进入10nm级阶段。随着产品对性能、功耗等要求的提升,技术演进将需要借助EUV光刻机来进行探索。”在产能扩张方面,SK海力士目前正基本按照计划推进。今年支出约21万亿韩元以建设DRAM和NAND产能。9月6日, SK海力士将在韩国忠北清州市建设新半导体生产工厂M15X。据悉,M15X将于今年10月动工,预计2025年年初竣工,决定在今后5年内投资约15万亿韩元。对此,SK海力士副会长朴正浩表示,M15X的开建将成为公司奠定未来成长基础的第一步。

美光表现强劲

美光科技CEOSanjayMerotra在8月29日宣布,将向企业销售服务器用DDR5 DRAM。据美光方面介绍,其DDR5产品传输速率可达4800MT/s,比现有DDR4快约1.87倍,系统性能提升高达85%。与DDR4相比,CPU运算性能有所提高,人工智能、高性能计算等性能也可以最大化。比起三星和SK海力士,美光在EUV光刻的使用方面起步稍晚。或许是三星和SK海力士对于EUV光刻的追逐给美光带来了一定压力,美光如今也将EUV光刻技术用于DRAM发展。据了解,美光计划从2024年开始,将EUV纳入DRAM开发路线图。

今年5月26日,美光表示在中国台湾中科新厂启用后,将导入最先进的EUV设备生产1αnm DRAM制程。美光在增加产能方面同样采取了相应举措。9月1日,美光科技宣布,计划于2030年之前投资150亿美元,在美国爱达荷州博伊西(Boise)建造一座新的尖端存储器制造厂。存储器产品属于大宗集成电路通用产品,标准性较高,重复性生产比例高。TrendForce集邦咨询分析师吴雅婷表示,因为制程改进能造就的供给端位元增长空间有限,所以三大原厂可事先备好新工厂的建置。DDR5作为DRAM的新一代产品,各家新产品在速率、效能等各方面相较于DDR4都有明显提升。

在产品单价、产能达到需求,英特尔和 AMD 等厂商的积极应用推动下,DDR5 将会取代 DDR4 成为 DRAM 的主流产品,可能会成为第一寒冬里的第一束光。

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