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深入读懂半导体存储技术及市场,鄙文即可!

时间:07-29 来源:电子发烧友网 点击:

展趋势:

  受PC端拖累,整体规模下降:从整体来看,近年来移动市场表现强劲,PC端销售量受到侵蚀,再加上同时受累于全球GDP疲软等因素,包括IC Insights,WSTS等机构均预测16年DRAM市场规模会出现较大幅度的减弱。

  

  图7 ,DARM的全球市场规模

  移动终端内存条增长迅速:除了计算机内存条之外,移动终端的内存条也是DRAM的一大运用领域,得益于近几年来电子产品"移动化"的消费趋势,移动终端DRAM市场增长很快,2009年移动DRAM出货量还仅占整体DRAM的5.1%,到了14年这一比例已经激增为36%,并且仍然呈上升趋势,预计15年会突破50%。而在中国,由于人口众多,智能手机普及率逐年升高,移动端DRAM占比更是在2014年就已达到55%。

  平面微缩趋近极限,3D 封装开辟新路: DRAM每一次制程的更新换代,都需要大量的投入,以制程从30 nm更新到20 nm为例,后者需要的光刻掩模版数目增加了30%,非光刻工艺步骤数翻倍,对洁净室厂房面积的要求也随着设备数的上升而增加了80%以上,此前这些成本都可以通过单晶圆更多的芯片产出和性能带来的溢价所弥补,但随着制程的不断微缩,增加的成本和收入之间的差距逐渐缩小。故各大厂商开始研究Z方向的扩展能力,三星率先从封装角度实现3D DRAM,采用TSV封装技术,将多个DRAM芯片堆叠起来,从而大幅提升单根内存条容量和性能。

  

  图8,DRAM的发展路线图


  2)NAND Flash

  为更好地讲述NAND Flash和NOR Flash这两大存储产品,我们首先来认识一下Flash技术。

  Flash存储器:又称闪存,它是一种非易失性存储器。闪存的存储单元是场效应晶体管,是一种受电压控制的三端器件,由源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate),以及衬底组成,在栅极与硅衬底间有二氧化硅绝缘层,用来保护浮置栅极中的电荷不会泄漏。

  NAND的擦和写均是基于隧道效应,电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层,对浮置栅极进行充电(写数据)或放电(擦除数据)。而NOR擦除数据仍是基于隧道效应(电流从浮置栅极到硅基层),但在写入数据时则是采用热电子注入方式(电流从浮置栅极到源极)。

  

  图9,Flash存储器的结构单元示意图

  NAND Flash:NAND是目前闪存中最主要的产品,具备非易失,高密度,低成本的优势。在NAND闪存中,数据是以位(bit)的方式保存在Memory Cell中,一个Cell存储一个bit,这些Cell或8个或16个为单位,连成bit line,而这些line组合起来会构成Page,而NAND闪存就是以页为单位读写数据,以块为单位擦除数据,故其写入和擦除速度虽比DRAM大约慢3-4个数量级,却也比传统的机械硬盘快3个数量级,被广泛用于 eMMC/EMCP,U盘,SSD等市场。

  

  图10,NAND Flash的全球市场规模

  NAND未来发展趋势:

  eMMC/eMCP持续火热,嵌入式存储市场广泛:

  eMMC即嵌入式存储解决方案,它把MMC(多媒体卡)接口、NAND及主控制器都封装在一个小型的BGA芯片中,系统厂商只需要选择所需容量的eMMC芯片,而不用理会NAND品牌差异兼容性等问题,从而简化新产品推出过程。而eMCP则将eMMC与LPDDR封装为一体,可进一步减小模块体积,简化电路连接设计,主要应用于高端智能手机中。2014年,eMMC/eMCP受移动终端增长拉动,需求旺盛,在NAND比重达到25%,年复合增长率接近60%。eMMC 5.0已经是国内终端手机标配。此外,大容量eMCP模块的占比也会增加,美光预计到2018年,32GB(eMMC)+24GB(LPDDR)的eMCP模块占比将超过40%。

  SSD前景可期:

  除嵌入式产品之外,SSD也是NAND的主战场之一,大数据存储和高速传输需求让500GB以上的SSD在服务器市场需求快速增加。而在PC端,HDD也逐渐无法抵挡SSD的攻势,从2010到2015年,主流HDD的性能,容量,成本几乎没有太大变化,而SSD却是紧跟摩尔定律,在读写速度,容量等方面都进步极大,性价比飙升

  

  图11,2016 NAND细分市场占比

  技术上由2D向3D 转变:

  目前,16nm、28nm仍然是NAND Flash的主流制程,不过随着2D NAND Flash制程微缩逐渐逼近物理极限, 平面微缩工艺的难度越来越大,尤其是进入16nm后,继续采用平面微缩工艺的难度和成本已经超过3D TSV技术,几大存储器龙头公司在13-14年均已成功量产16nm NAND,但出于经济意义和未来发展前景的考虑,这些公司都没有进一步推出更小的平面制程,而是纷纷开始转攻3D NAND。

  

  图12,NAND 2D转3D发展路线图

  3)NOR Flash

NOR Flash:NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP,Execute In Place),即应用程序不必再把代码读到系统RAM中,而是可以直接

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