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商正在进入下一阶段的扩展但昰随着技术接近其物理极限，他们面临着一些挑战

DRAM用于系统中的主，当今最先进的设备基于大约18nm至15nm的工艺DRAM的物理极限约为10nm。研发部门囸在努力扩展该技术并最终将其替换为新的存储器类型。

但是到目前为止，还没有直接的替代方法并且，在采用新解决方案之前供应商将继续扩展DRAM并提高性能，尽管在当前1xnm节点体制下将逐步增加并且在未来的节点上，部分但不是全部DRAM制造商将实现从传统光刻到超紫外（E）光刻的重大转变以在Fab中生产。

无论有无EUVD供应商都面临更高的成本和其他挑战。但是DRAM是系统中存储/存储层次结构的关键部分。在层次结构的第一层中SRAM被集成到处理器中以实现快速数据访问。下一层DRAM用于主存储器磁盘驱动器和基于NAND的固态存储驱动器（SSD）用于存储。

DRAM行业是一个巨大而艰难的市场由于市场价格压力，DRAM供应商正处于低迷之中然而，OEM仍希望更快的DRAM具有更大的带宽以跟上和等新嘚数据密集型应用的冲击。

作为响应DRAM供应商正在朝着新的更快的带宽规范发展。但是供应商不再按照传统的速度扩展或缩小DRAM在每个节點上，DRAM的比例大约为30％实际上，DRAM缩放正在减慢这会影响面积密度和成本。在DRAM中节点由存储单元的有源或主体的半节距指定。

如今供应商正在以1xnm节点机制交付三款先进的DRAM产品。这三代DRAM没有指定数字节点业界将它们简称为1xnm，1ynm和1znm

然后，在研发中供应商在路线图上又擴展了三代DRAM，全部都是1xnm节点制这些被称为1anm，1bnm和1cnm1anm DRAM计划于2021年或更早推出。

总而言之DRAM在扩展方面仅取得了适度的增长，并停留在1xnm节点状态但是与普遍看法相反，DRAM并没有用尽“我们还没有完成。我们认为路线图不会完全关闭美光科技公司DRAM产品工程高级总监Debra Bell说。“几年来峩们的想法很清晰然后，我们还有其他想法我们正在讨论并对此进行评估。”

尽管如此业界在扩展此存储器方面仍面临若干挑战。目前尚不清楚DRAM是否可以扩展到10nm以上但是，市面上的竞赛活动仍然很活跃：

来自中国的DRAM供应商将在今年进入市场

供应商正在交付具有下┅个规格的DDR5 DRAM，称为DDR5它可以加快设备中的数据传输速率。

在未来的DRAM节点上和SK海力士计划插入EUV进行DRAM生产。但是美光科技计划在先进的DRAM节點上扩展当今的光刻技术。

在研发中供应商正在研究将DRAM扩展到10nm以上的技术。此外供应商正在开发几种可以替代DRAM和闪存的新存储器。

随著IC市场的长期不景气2019年全球DRAM销售额预计将达到620亿美元，低于2018年的994亿美元根据VLSI Research的数据，预计2019年整个IC市场将下降12.9％

但是，今天代工业務正在升温，显示出复苏迹象IBS首席执行官Handel Jones表示：“在DRAM方面，明年我们会迅速回升” “目前价格正在趋向稳定。”

此外DRAM存储在服务器囷智能手机等系统中继续增长。美光公司表示智能手机的平均DRAM存储将从2018年的3GB增加到2019年的4GB。人工智能数据和视频的爆炸式增长推动了这種增长，而人工智能数据和视频的爆炸式增长需要更多的内存来帮助在系统中存储和传输信息。

同时根据TrendForce的数据，在DRAM市场上三星s10在2019姩第二季度以45.5％的份额领先，紧随其后的是SK海力士（28.7％）和美光（20.5％）几家中国台湾DRAM供应商所占份额很小。

在2019年中国的DRAM供应商将进入市场，但一段时间内很难形成有效战力预计国内一家供应商长鑫存储存技术有限公司将在年底前量产DRAM。在某个时候清华紫光集团希望進入DRAM业务。国内另一家公司福建晋华JHICC暂时未知动向。

但是DRAM是系统中的关键构建块。DRAM既快速又便宜但也有一些缺点。DRAM和SRAM是易失性存储技术这意味着在系统电源关闭时它们会丢失数据。相比之下闪存是非易失性的，这意味着在系统关闭时它会保留数据

DRAM本身基于一，┅（1T1C）存储单元架构数据作为电荷存储在器中，该电容器被指定为“ 0”或“ 1”晶体管控制对数据的访问。

DRAM的微小电容一晶体管设计使其非常适合将众多存储单元封装到很小的区域以实现高密度和高存储容量。实际上数十亿个DRAM单元可以被压缩到单个存储芯片上，” Lam Research的高级技术总监Alex Yoon解释说

DRAM单元以固定方式组织。这些单元成排排列并具有位线结构，该位线结构连接到称为字线的存储地址中该地址提供了一种识别数据存储位置的方法，字线形成了一条电气路径使该行上的所有存储单元都可以同时被激活以进行存储（写）或检索（读）。”

但是，随着时间的流逝当管关闭时，电容器将泄漏或放电因此，电容器中存储的数据必须每64毫秒刷新一次这会消耗系统功耗。

在每个节点上缩放或缩小DRAM单元也变得越来越困难Applied Materials存储器技术董事总经理Gill Lee 在博客中说：“有了DRAM，几何横向缩放仍在继续但是它正在放缓，并且如3D NAND一样需要进一步的材料创新。”

缩放电容器是一个障碍“在电池电容缩放方面，长宽比是一个挑战”美光的Bell说。DRAM的另┅个关键的缩放挑战是从电容器到数字线的电荷共享这是您的时序规格，将电荷移至数字线上需要多少时间然后可以将数字线制作多長时间的综合。所有这些因素都会影响扩展以及扩展的挑战”

DRAM基于堆叠式电容器架构，其中电容器被连接并驻留在的沟道阵列晶体管结構上

电容器是垂直的圆柱状结构。在圆柱体内部电容器结合了金属-绝缘体-金属（M）材料叠层。该绝缘体基于二氧化锆高k材料从而使該结构可在低泄漏时保持其电容。

在DRAM流中首先制造晶体管，然后制造电容器在每个节点处，目标是保持或增加圆柱形电容器内部的体積但是在每个节点处，电容器都会收缩这可能导致结构内部的体积减小。这等于存储电容器中的单元电容较小

在20nm时，该行业在电容器缩放方面遇到了障碍作为回应，三星s10开发了一种新的蜂窝电容器单元布局技术起始于20nm。

传统上微小的圆形电容器单元并排放置在結构的表面上。相比之下三星s10将表面的细胞交错排列，类似于蜂窝状布局这样就可以使用直径更大的更高电容器。使用相同的介电材料蜂窝结构的单元电容比以前的版本大21％。

为了在工厂中制造这些结构三星s10使用了193nm浸没式光刻和自对准双图案（SADP）工艺。在流中先茬表面上构图出孔，然后再重复该过程。沉积金属然后使用原子层沉积（ALD）沉积高k材料。

利用晶圆厂中的这些技术和其他技术三星s10，美光和SK海力士扩展了DRAM并超越了20nm。

这并不容易例如，图案化具有良好对准的电容器孔是具有挑战性的以高深宽比蚀刻电容器也很困難。chInsights的分析师Jeongdong Choe说：“ ALD和干法蚀刻都很难“但是，在缩小的DRAM单元阵列上非常薄且均匀的高k电介质沉积变得越来越重要。”

今天一些供應商已经放宽了扩展规格，在市场上造成了一些混乱有些DRAM符合这些规格，而另一些则不符合最重要的是，DRAM单元大小略有不同大约为6F2。像元大小等于要素（F）大小乘以四平方

总而言之，供应商正在逐步增加1xnm节点体系有时是逐纳米。即使这样供应商仍然能够在某种程度上减小模具尺寸。

2016年三星s10发布了业界首个1xnm DRAM，即18nm器件8Gbit器件比2xnm器件快30％，功耗更低它还包含DDR4接口标准。双倍数据速率（DDR）技术在设備的每个周期两次传输数据DDR4的最高运行速度为3200Mbps。

如今与此同时，DRAM供应商正在向下一个节点1ynm扩展设备通常基于15纳米及以上工艺的1纳米DRAM將占今年出货量的大部分。IBS的琼斯说：“到今年年底三星s10的GB容量的70％将为1纳米。”

其他公司也正在发售DDR5 DRAM移动版本称为LPDDR5。DDR4仍然是主流技術尽管出于多种原因需要DDR5 / LPDDR5。

多年来处理器供应商已转向多核体系结构。但是每核内存带宽几乎没有跟上。

OEM希望DRAM具有更快的数据传输速率这就是DDR5的合适地方。“在这里您可以获得带宽和容量。我们希望能够通过CPU内核进行扩展考虑一下CPU内核数。在过去十年中它已經上涨了约8倍。显然内存必须紧跟潮流，才能跟上整体计算性能的步伐”三星s10销售与营销高级副总裁Jim Elliott在最近的一次演讲中表示。

同时下一个战场发生在下一个节点-1znm。美光是第一家出货1znm DRAM的供应商其次是三星s10和SK Hynix。这些设备基于DDR4或DDR5规范

每个供应商都声称在1znm具有领导地位。但并非所有部分都一样并且缩放规格也有所不同。IBS的琼斯说：“现在有很多行销活动”

除了1znm之外，供应商在路线图上还拥有三层以仩规模的DRAM（1anm1bnm和1cnm）。供应商尚未透露这些零件的细节这些零件仍处于1xnm节点状态。

供应商在1安乃至更远的地方采取了不同的途径在那些節点处，特征较小且具有更多的遮罩层。为了简化过程DRAM行业首次将EUV投入生产。

例如SK Hynix计划在1anm使用EUV，该技术将于2021年面世“三星s10在1z完成叻对DRAM的EUV。但是他们不会将EUV用于1z量产。相反他们也许可以将其用于1a或1b批量产品。” TechInsights的Choe说

EUV扫描仪使用13.5nm波长，以13nm分辨率对特征进行图案化但是EUV是一项复杂的技术，比投入生产所需的时间更长

不过，最近三星s10和台积电已经在7nm逻辑节点上投入了EUV的生产，而R＆D则为5nmDRAM是EUV的下┅个产品。“使用EUV您可以获得更好的图案保真度。这些掩模层堆叠得越多得到的图像就越模糊。” VLSI Research首席执行官Dan Hutcheson说道

但是，并非所有囚都转向EUV在先进的DRAM节点上，美光计划将193nm浸没式光刻和SADP扩展到1bnm对于1cnm，四倍图案正在开发中

这不是什么大惊喜。美光以尽可能延长给定嘚光刻技术而闻名VLSI的Hutcheson说：“他们已经学会了如何极其节俭地使用工具，以及如何从中获得更多的生命” 

扩展DRAM将需要超过EUV。今天的1T1C DRAM可能會再延长几年但可能会在12nm到10nm的范围内耗尽。

因此业界正在寻找以4F2单元尺寸将DRAM扩展到10nm以上的方法。TechInsights的Choe说：“垂直门以及无电容器的1T DRAM单元昰4F2的候选产品”

这里存在一些挑战，特别是对于类似于3D结构的垂直栅极沟道晶体管三星s10首席工程师Dongsoo Woo在最近的演讲中说：“问题在于字線到字线的以及位线到位线的耦合。”

同时多年来，业界一直在开发几种可以替代DRAM和闪存的下一代存储器类型

如今，供应商正在发售楿变存储器（PCM）ReRAM和STT-MRAM。其他内存技术也在研发中

下一代存储器具有快速，非易失性和无限的耐用性但是这些新记忆还依赖于奇特的材料和复杂的转换机制，因此它们需要花费更长的时间来开发另外，新的内存类型更昂贵

每个新的内存类型都不同。PCM以非晶相和结晶相存储信息STT-MRAM利用电子自旋的磁性。ReRAM通过改变材料的来工作

如今，PCM和STT-MRAM设备用于SSD的某些部分在系统的某些但并非全部部分中，它们代替了DRAM因此，可以肯定地说它们并没有完全取代DRAM

UMC产品营销总监David Hideo Uriu表示：“目前，我们看不到任何可以直接替代DRAM的下一代存储器” “我们确实看到通过使用MRAM替代SRAM 。但是对于持久替换DRAM的目标我们只能看到“混合缓存” DRAM / MRAM组件。”

STT-MRAM本身正在取得进展“ MRAM技术将继续改善并更接近永久性存储器的目标。MRAM是最接近DRAM速度和性能的技术“鉴于读取数据的速度接近DRAM，某些应用程序可能能够将其用作某些DRAM的替代品再次，以“混合”形式DRAM将用于缓存MRAM存储区域并提高性能，从而在某些应用中替代DRAM”

可以肯定的是，下一代内存类型很有希望但是这些产品仍处於早期阶段。在此之前DRAM仍然存在并且运转良好，并且至少在可预见的将来它可能还会存在。但是究竟有多久仍是一个未知数