有哪些低成本DRAM解决方案

DRAM正转变为卖方市场，也为DRAM厂商写下利润新高纪录。就像石油危机一样，在DRAM危机下，客户必须为DRAM付出更多代价。现在正是寻找低成本替代方案的时候了!

动态随机存取存储器(DRAM)价格持续升温，而要缓解这个价格居高不下的问题并不容易，因为它并非来自供给与需求的失衡，而是源于平面DRAM的“摩尔定律”(Moore’s Law)终结。

2017年是DRAM位元需求强劲成长的一年。如图1所示，过去三年来，平面DRAM微缩已经大幅减缓了。因此，DRAM正转变为卖方市场，也为DRAM厂商写下利润新高纪录。就像石油危机一样，在DRAM危机下，客户必须为DRAM付出更多代价。因此，本文将讨论我们可以找到哪些低成本DRAM解决方案。

图1：DRAM发展蓝图的计划与现实 (来源：WSTS、IC Insights、David Manners)

目前，诸如磁阻式随机存取存储器(MRAM)和相变存储器(PCM)等新兴记忆对于平面DRAM带来了挑战。然而，MRAM转向嵌入式应用，而PCM(如3D XPoint)则被用于高阶固态硬碟(SSD)应用。实际上，考虑到每位元成本、性能和可靠性，它们也很难直接取代平面DRAM，因此，新兴的存储器目前正在寻找自己的利基市场。

DRAM晶圆厂扩产是提高DRAM供应的一种方法。然而，DRAM厂商可能会犹豫不决，因为新厂的成本大约是升级晶圆厂的六倍。由于DRAM的横向微缩(lateral scaling)，DRAM供应商开始经由升级晶圆厂来提高DRAM产量，从而以2N倍数指数级地提高了DRAM位元输出。相形之下，新晶圆厂明显需要更多的投资，也只能线性提高DRAM位元输出，再加上制造成本较高，将使得DRAM的价格更昂贵。此外，以卖方市场来看，DRAM供应商也没什么特别有力的理由需要透过投资新晶圆厂来增加DRAM晶圆厂的产能。

因此，从平面DRAM转换到3D DRAM是大势所趋。如图2所示，采用3D DRAM可以增加每片晶圆的可切割晶片数(dpw)。只要3D DRAM的晶圆制造成本合理，而且易于制造生产，那么采用3D DRAM技术将有利于降低成本。

当然，3D DRAM对于DRAM微缩的延续至关重要。但遗憾的是，DRAM供应商尚未拥有自己的3D DRAM技术。

图2：3D DRAM可让每片晶圆切出更多的晶片与低成本DRAM

另一项建议是采用DDR4 NVDIMM，以取代DRAM作为主存储器。非挥发性双列直插式存储器模组(NVDIMM)有很多种类型;相较于其他以储存为导向的NVDIMM，DDR4 NVDIMM能够表现得和DRAM一样快，而且可以作为主存储器。几年前，英特尔(Intel)的3D XPoint看好DDR4 NVDIMM作为切入点，因为3D XPoint拥有NOR型快闪存储器(flash)读取延迟低(低于100ns)的优点，因而能像DRAM一样快速运作。它也不需要预测软体，因而能够始终保持高性能。此外，采用单层储存(SLC)的SLC NOR快闪存储器具有很高的耐久性。因此，DDR4 NVDIMM的NOR快闪存储器能够取代DRAM，并以大量的主存储器大幅提升系统性能，如图3所示。

如果能透过3D NOR带来价格更可负担的NOR快闪存储器，DDR4 NVDIMM可能更具吸引力。预计第二代3D Xpoint (即4层堆叠版本)可以实现大约DRAM成本的一半，但可能存在量产问题。

传统的平面NOR由于单元(cell)尺寸较大(约10F2～12F2)而使得价格不菲。因此，3D NOR对于DDR4 NVDIMM来说必不可少。以3D NOR的情况来看，成本大约会是每GB6美分。

图3：DDR4 NVDIMM搭配3D DRAM与3D NOR的配置

以10GB 3D DRAM加上1TB 3D NOR来看，DDR NVDIMM的成本大约是10美元+60美元=70美元。目前，业界正因持续高涨的DRAM价格而受冲击，只能坐待下一次低潮期的出现。许多分析师认为，目前这一波稳步上扬的态势只能说是DRAM的另一个荣景，预计接下来将随着市场供需平衡而出现低潮期。

然而，现在要预测未来的DRAM市场应该考虑更多因素。如果我们看看DRAM的历史就会发现，当DRAM位元需求成长超过45%时，就会开始出现下滑并导致供过于求。如今，摩尔定律已经不再适用于平面DRAM了，而其位元需求的成长也将会是过去23年来的最低点。不过，我们并未看到平面DRAM的位元需求成长率超过45%，预计未来也不至于出现任何低迷市况。

当然，我们现在还无法选择3D DRAM，因为技术尚未到位。使用3D NOR的NVDIMM能够大幅降低存储器子系统的总拥有成本，因为3D NOR每GB约6美分的价格能够取代DRAM和SSD，同时作为主存储器和储存存储器。众所周知，过去几十年来，平面DRAM一直没什么进展。现在，我们必须开始创新DRAM了。