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2 月 26 日,美光宣布已率先向生态系统合作伙伴及特定客户出货专为下一代 CPU 设计的 1γ ( 1-gamma ) 第六代 ( 10 纳米级 ) DRAM 节点 DDR5 内存样品。
在半导体行业的激烈竞争中,美光率先量产第六代 DRAM 芯片的消息,一时间引发业界关注。这一突破性的进展,不仅展示了美光在技术研发上的强大实力,也为其在未来的市场竞争中赢得了先机。
一直以来,三星和 SK 海力士在 DRAM 市场中占据着重要地位,而美光此次成功突围,率先推出第六代 DRAM 芯片,或将打破原有的市场格局。
DRAM 角逐:美光反超三星和 SK 海力士
美光此次推出的 1γ DRAM,在性能方面实现了全方位的突破,每一项提升都直击当下科技发展的痛点与需求。
据了解,美光 1γ DRAM 节点的这一新里程碑将推动从云端、工业、消费应用到端侧 AI 设备(如 AI PC、智能手机和汽车)等未来计算平台的创新发展。美光 1γ DRAM 节点将首先应用于其 16Gb DDR5 DRAM 产品,并计划逐步整合至美光内存产品组合中,以满足 AI 产业对高性能、高能效内存解决方案日益增长的需求。
美光基于 1γ 节点的 16Gb DDR5 产品 DDR5 内存速度可达 9200MT/s,较上一代提升 15%,可满足数据中心、端侧 AI 设备对高性能计算的需求。同时,美光的 1γ 节点采用了新一代高 K 金属栅极 CMOS 技术,结合设计优化,功耗降低超 20%,并显著改善热管理性能。此外,新一代内存通过极紫外光刻(EUV)与工艺创新,使比特密度提升超 30%,有效提升内存供应效率。
美光声称,它是第一个出货第六代 1γ DRAM 节点的公司,该节点最小几何尺寸在 19nm 和 10nm 之间。随着 DRAM 制造商开始生产 10nm 级 DRAM,他们放弃了纳米测量,转而采用 1x、1y、1z,现在又采用 1α、1β 和 1γ。三星和 SK 海力士将该序列标记为 1x、1y、1z,然后是 1a、1b 和 1c。
据美光消息透露,AMD 和英特尔已经开始在其伺服器和消费处理器上验证 1γ DRAM 的使用。这是认证过程中的关键步骤,可能会带来大规模生产订单。美光在 DRAM 技术方面的进步与高性能计算和 AI 应用日益增长的需求在战略上保持一致,高带宽内存在其中发挥着关键作用。
不难看到,美光在经过多代验证的 DRAM 技术和制造策略的基础上,成功打造出优化的 1γ 节点。1γ DRAM 节点的创新得益于 CMOS 技术的进步,包括下一代高 K 金属栅极技术,它提升了晶体管性能,实现了更高的速率、更优化的设计以及更小的特征尺寸,从而带来功耗降低和性能扩展的双重优势。
此外,通过采 EUV 光刻技术,1γ 节点利用极短波长在硅晶圆上刻画出更精细的特征,从而获得了业界领先的容量密度优势。同时,通过在全球各制造基地开发 1γ 节点,美光可为行业提供更先进的技术和更强的供应韧性。
美光的率先突围,让 DRAM 市场的原有格局,迎来新冲击。
据业内人士 1 月 17 日透露,SK 海力士近日完成了 10nm 级第六代 1c DDR5 的量产认证(MS Qual,Mass product certification)。量产认证又称批量资格认证,是指连续几个批次的生产结果全部满足质量及良率要求,可以进行全面量产时,颁发的认证证书。
SK 海力士 CTO 兼未来技术中心副总裁车善勇在 1 月 15 日举行的全体会议上也表示," 一旦将 1c DDR5 管理从开发部门转移到制造部门的过程完成,预计将于 2 月初开始全面量产。"
此前一直就有消息传出,SK 海力士将于今年 2 月份在全球率先采用 10nm 级第六代(1c)精细工艺量产 DRAM(目前 SK 官网仍未正式宣布该产品量产的相关消息)。这使得 SK 海力士自去年 8 月开发出全球首款采用 1c 的 16Gb DDR5 DRAM 以来,直至量产,始终保持全球第一的头衔。
在业界最先进工艺第六代 10nm 级 DRAM 的开发和量产方面,美光的量产时间基本可以视为与 SK 海力士持平,均领先于竞争对手三星电子。
三星电子历来是存储技术的领导者,但其 10nm 级第六代 DRAM 如今尚未完成。最初,三星宣称其第六代 10nm 级 1c DRAM 制程于 2024 年年底完成开发并计划量产。但后续生产良率未提升,致使开发时间延迟了约半年,推至 2025 年 6 月。
在这六个月期间,三星预计将良率提升到 70% 左右。按照业界过往经验,每一代制程的开发周期通常在 18 个月左右。不过,三星自 2022 年 12 月开发出第五代 10nm 级 1b DRAM 制程,2023 年 5 月宣布量产后,就再也没有 1c DRAM 的消息传来。
最近,又有消息指出,三星电子正决定重新设计尖端的 1c DRAM 芯片。这一决定无疑增加了三星电子在抢占尖端 DRAM 业务市场方面面临挑战的可能性。从头开始重新设计 DRAM 需要花费大量时间,需要彻底重新设计电路,并且必须对量产所需的掩模和组件进行额外的重新设计。
整体来看,在 DRAM 市场的长期竞争中,三星和 SK 海力士一直是美光强有力的竞争对手。在 DRAM 市场排名第三的美光科技,在技术上实现了飞跃,抢先于竞争对手三星电子,甚至 SK 海力士出货了 10nm 级第六代 1γ DRAM 产品,为其市场份额的提升带来了巨大推动力。
从市场数据来看,美光在 DRAM 市场的份额呈现出显著的增长趋势。据 TrendForce 数据显示,2024 年第三季度,美光的 DRAM 市场份额从上一季度的 19.6% 升至 22.2%。与此同时,三星和 SK 海力士的份额分别小幅下降至 41.1% 和 34.4%。
HBM 赛道:SK 海力士领先、美光赶超、三星衰落
另一方面,三星此次第六代 1c DRAM 制程的延迟不仅影响了其核心产品 DDR5 内存的量产时间,也波及了其高带宽内存(HBM)的开发。
通常 DRAM 制程从开发完成到量产的时间为 6 个月,如果三星今年 6 月完成第六代 10nm 级 1c DRAM 的开发,那么实际量产的时间大概在 2025 年底。而这样的情况,几乎会影响到三星目前正处于关键时期的 HBM 产品的发展,意味着三星原计划于 2025 年下半年量产的第六代 HBM4 将面临非常大的不确定性。
与 SK 海力士选择稳定方法,将第五代 10nm 级 1b DRAM 制程用于 HBM4 的方式有些许不同,三星展现出跃进的决心,打算将第六代新工艺 1c DRAM 首先用于 HBM4,以快速提高性能和能效。但要达成目标,最重要的就是尽快量产,1c 工艺 DRAM 的量产将影响三星 HBM4 的工作进度。
因此,三星先前宣布在 2025 年下半年将 1c DRAM 制程用于 HBM4 并量产的规划或将落空,给三星在 HBM 市场的竞争力带来影响。
反观美光,美光目前已向英伟达的 AI 芯片供应 8 层 HBM3E 芯片,尽管其市场份额仍远低于 12 层 HBM3E 芯片的领导者 SK 海力士,但领先于三星电子的 HBM 产品和市场进度。
近日还有消息指出,美光即将开始量产其 12 层堆栈的 HBM,并将其供应给领先的 AI 半导体公司英伟达。
美光表示:" 我们继续收到主要客户对美光 HBM3E 12-Hi 堆栈的积极反馈,尽管功耗比竞争对手的 HBM3E 8-Hi 低 20%,美光的产品依然提供 50% 更高的内存容量和行业领先的性能。"
12 层 HBM3E 堆栈预计将用于 AMD 的 Instinct MI325X 和 MI355X 加速器,以及 Nvidia 的 Blackwell B300 系列计算 GPU,服务于 AI 和 HPC 应用。
而相比之下,三星电子最近才进入 8 叠层 HBM 产品的小规模量产阶段,尚未通过 12 叠层产品的测试。三星计划在近期向英伟达发送 12 层堆栈 HBM 样品产品,但最终交付仍需获得批准。
然而,美光在赶超了三星电子之后,如今还正努力在今年晚些时候几乎与 SK 海力士同步量产 16 层 HBM3E。
一位业内人士透露," 美光正在对量产设备进行最后评估,并在关键制造设备上进行了大量投资 "。有分析人士预测,美光去年仍为个位数的 HBM 市场份额,将有望在 2025 年达到两位数。
实际上,美光传统上在 HBM 领網域处于弱势。但在 2022 年大胆放弃了 HBM3 的量产,美光将精力集中在了 HBM3E 内存的研发和改进上。这一决策收获了丰硕的成果,使美光获得了 HBM 最大需求方英伟达的订单,并开始向英伟达出货 HBM3E 内存。
目前 HBM 需求处于顶峰,而美光自己也透露,2025 年生产线已被预订一空。
毫无疑问,HBM 是过去一年多时间里最热门的 DRAM 技术和产品,三星、SK 海力士和美光围绕着它展开了一场 " 三国大战 "。
SK 海力士成为了这一行业的领头羊,正在不断巩固自己在这个利基市场的领导地位。据悉,SK 海力士正在加快开发 HBM4 以满足英伟达的要求,目标是在年内完成,并计划于 2026 年实现量产。
美光首席财务官 Mark Murphy 预计,美光下一代 HBM4 将在 2026 年量产,同时还在推进 HBM4E 的开发。
而三星明显落后于上述两家厂商,其向英伟达供应 HBM3E 的进程出现了延迟,押注 10nm 第六代 1c DRAM 和 HBM4 的进展,也无疑使三星陷入困境。
值得注意的是,三星在为其第六代 1c DRAM 量产做准备的同时,一场围绕着 DRAM 的新角逐,正在隆重上演。
据 Business Korea 报道,三星电子已开始建设一条新型试验线,该测试线被称为 "one path" 线,以提高公司在 10nm 级别上的第七代 DRAM 的产量,预计将于 2025 年第一季度完工。
也就是说,三星在第六代 DRAM 还没进入量产阶段前,就已经开始为第七代 DRAM 建置厂房。外界认为,三星此举是为明年重夺优势而提前进行投资。由于三星在包括 DRAM 以及 HBM 在内诸多存储领網域逐渐失去领导地位,提前开始下一代试产线的建设可能是公司迫切希望重新获得竞争力的举措。
美光,再下一城
与此同时,美光还在低功耗 DRAM 领網域崭露头角,这一领網域也是半导体行业的关键竞争战场。
据报道,美光将为三星 Galaxy S25 提供大部分初期批次的内存芯片,其 LPDDR5X 芯片在功耗效率和性能上据称优于三星自家产品,同时也解决了三星内存芯片发热量过大的问题。这也是三星 Galaxy 系列首次由非三星的公司成为主要内存供应商,而三星半导体将仅作为第二内存芯片供应商。
美光作为全球领先的独立内存芯片制造商,在 LPDDR 市场已经取得了显著成就:
早期布局:早在 2022 年,美光就推出了首款基于 10nm 级 1b 工艺的 LPDDR5X,并将其应用于苹果 iPhone 15 系列手机中。
广泛合作:除了为三星 Galaxy S25 供货外,美光还参与了多个重要项目,例如为 NVIDIA Blackwell GB200 AI 加速器提供了 16 颗 LPDDR5X 芯片等。
尽管如此,这一消息还是引发了业内的广泛关注,因为美光作为三星的竞争对手,在过去十多年里一直充当三星的第二大内存供应商,而这次却被提升为主要供应商。这一决定显然是基于价格、性能、功耗等多方面的考虑,尤其是在 DRAM 芯片领網域,三星的竞争力似乎正面临挑战。
一直以来,三星电子的半导体部门(特别是三星 MX)在全球内存芯片市场中占据了领先地位,尤其在高端手机市场,其内存芯片几乎成为了智能手机的标准配置。但近年来,三星在内存芯片的技术进步上似乎有所滞后,尤其是在低功耗 DRAM 和 HBM 的技术上,逐渐被美光、SK 海力士等竞争对手迎头赶超。
相比之下,美光近年来加大了对技术创新的投入,推出了一系列更高效、更稳定的 DRAM 芯片,成功弥补了在性能和功耗方面的差距。
此外,美国渴望扩大半导体自给自足率,在这一大背景下美光也获得了美国政府大量资金支持,得以新建大型存储晶圆厂。与韩国同行相比,在美国《芯片与科学法案》的推动下,使得美光摆脱了资金和生产能力有限的困境。
去年,美光从美国商务部获得了 61.65 亿美元的补贴,这是其在爱达荷州和纽约州 1250 亿美元设施投资的一部分。
今年早些时候,美光宣布将在新加坡裕廊建设一座价值 70 亿美元的先进封装设施,用于 HBM 生产,该设施将为英伟达和博通供货。此外,美光计划到 2027 年在日本广岛建立 HBM 生产设施,预计美光的 HBM 生产能力将从 2024 年底的每月 2 万片晶圆增加到 2025 年底的每月 6 万片晶圆,增长三倍。
与此同时,美光的美国身份也使其更容易接触英伟达、英特尔、AMD 等 AI 芯片企业,便于拿下更多的 HBM 订单。
传统上,美光在通用 DRAM 领網域排名第三,如今在 DRAM、HBM 和低功耗内存等定制半导体领網域取得了显著突破。此前并未将美光视为重大威胁的韩国存储器公司,正密切关注其进展。
美光的崛起或将对整个存储市场格局产生了深远影响,市场竞争变得更加激烈,各大厂商为了争夺市场份额,会不断提升产品性能、降低成本,这将推动整个行业的技术进步和产品更新。
然而,三星能否在内存芯片领網域重新夺回市场份额,还需看其如何应对当前的技术困境和市场挑战。除了在 DRAM 芯片的技术创新上进行投入,三星还需要在成本控制、制造能力、良率等诸多方面做出相应的调整,以确保在激烈的市场竞争中扭转局势。
DRAM,全面迈入 EUV 时代
在美光 1γ DRAM 的辉煌成就背后,EUV 光刻技术的作用举足轻重。
EUV 光刻能够实现更高的分辨率,让 DRAM 芯片中的晶体管尺寸进一步缩小,从而在相同的芯片面积上集成更多的晶体管,提高了芯片的性能和存储容量。通过 EUV 光刻技术,美光成功地将 1γ DRAM 的容量密度产出较上一代提升 30% 以上。EUV 光刻技术还减少了多重光刻步骤,相较于传统光刻技术在制造先进芯片时需要多次曝光和图案叠加,这不仅增加了生产成本,还容易引入误差。而 EUV 光刻技术可以在一次曝光过程中完成更复杂的图案刻画,大大提高了生产效率和芯片的良品率。
目前,美光在日本的晶圆厂生产 1γ DRAM,该公司的第一台 EUV 工具于 2024 年在日本安装。随着美光 1γ 内存产量的提高,它将在日本和台湾的晶圆厂增加更多 EUV 系统。
美光 DRAM 技术路线图也显示,1γ 之后,美光也将在 1δ 工艺中采用 EUV 技术,同时美光在未来几年将发展 3D DRAM 的架构,以及用于 DRAM 生产的 High-NA EUV 光刻技术。
AI 浪潮下,存储市场 DRAM 芯片正朝着更小、更快、更好的方向发展,EUV 光刻机担当重任。
早在多年前,三星和 SK 海力士就已引入 EUV 光刻机生产 DRAM 芯片。作为全球存储器市场的主要玩家之一,美光在采用 EUV 光刻技术方面略显保守,是业内最后一家采用该最先进技术的公司。
如今,随着美光采用 EUV 光刻技术生产 DRAM,宣告着 DRAM 芯片制造全面进入 EUV 时代,也使得 DRAM 市场对 EUV 光刻机的需求进一步攀升,促进 EUV 光刻机技术的研发和创新。
写在最后
美光率先量产第六代 DRAM 芯片并在 HBM 领網域取得的进展,不仅展示了其在技术创新和市场竞争中的强大实力,也为整个半导体行业的发展带来了新的活力和调整。
尤其是在 DRAM 和 HBM 市场,美光的突破或将打破原有的市场格局,加剧市场竞争。美光计划在 2025 年将其 HBM 市场占有率提高到 20%-25% 之间 ,这一目标将对 SK 海力士和三星在 HBM 市场的主导地位构成挑战。
过去几年,曾经笑傲市场几十年的霸主似乎不复往日辉煌,英特尔经历了史上最大裁员和股价暴跌,三星在 HBM 上举步维艰,连 DRAM 微缩技术也不复领先,而 SK 海力士则在潜心经营多年 HBM 后获得了丰厚回报。
至于美光,在近年来颇为强势的攻势下,再给了韩国存储芯片巨头当头一棒。