DRAM制造的軍備競賽，誰會是最后贏家？

　　在1月份，美光正式向外界宣布，其基于新型1α制程生產的DRAM開始批量出貨，這是目前世界上最先進的DRAM制造技術。而據(jù)悉1α制程最初會用于8Gb和16Gb的DDR4和LPDDR4內存生產上，隨著時間的推移，未來將用于美光所有類型的DRAM生產，更進一步的降低生產成本。

　　在美光宣布量產的全新的1α工藝DRAM后，我們看到同樣作為全球DRAM主要生產廠家的三星還是處在1z的制程上進行生產，不過與美光不同的是，其采用了EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進行DRAM產品的生產，而這個時候可能會有朋友會好奇，DRAM制造工藝上的1α和1z之類的代表的是什么？為什么美光在不采用EUV的情況下，依然領先了一個世代的工藝呢？

　　1.DRAM產品的制造工藝

　　在長久以來，DRAM的產品制造工藝一直就是落后于先進的微處理器，例如現(xiàn)階段基于5nm工藝打造的SOC已經被不少的手機用上，然而在DRAM產品上，并沒有那么高的提升。

　　△美光曾經公布的演進路線圖

　　DRAM產品目前處在10-20nm工藝制造的階段，并且由于DRAM制程工藝進入20nm以后，制造難度越來越高，內存芯片制造廠商對工藝的定義已經不是具體的線寬，而是分成類似1x、1y、1z的定義，大體來講，1x-nm制程相當于16~19nm、1y-nm相當于14~16nm，而1z-nm則相當于12~14nm。

　　1α則是DRAM制程在1z之后的一個演進，根據(jù)現(xiàn)階段所知的消息，1α的制造工藝大致對應于10-12nm的工藝。

　　在內存工藝的演進上，目前在1α之后會是1β和1γ，預計將在10nm左右持續(xù)演進三代。

　　2.美光的1α對比起之前的1z有什么區(qū)別？

　　根據(jù)美光向外界公布的數(shù)據(jù)，美光的1α DRAM制程相比較于此前所采用的1z DRAM制程，在最終的產品上，1α 制程將內存密度提升了 40%。

　　在每單位面積內，將內存密度進行大幅度的提升，其有利于在單位面積內容納更多的有效內容。打一個大概的比方，就是原先一款晶圓內能生產100片的DRAM 產品，因為內存密度的提升，其可以在原先生產100片的基礎上，多生產出40片。這對于美光來說，無疑是大幅度的降低了生產成本，并且在單位密度內容量的增加還使得產品在最終的使用上可以降低15%的性能功耗，這對于不少的移動端設備/嵌入式設備來說也是非常利好的。

　　△美光采用了多層生長的制造方法

　　在美光自身的DRAM制造上，在1α以及1z上，美光都沒有采用EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進行制造，而據(jù)美光向外界展示的消息顯示。美光在1α的生產上，采用了全新的結構設計，有效的提高了10%的內存密度，而在其他方面則是通過進一步的使用新材料、改進生產流程及工藝，將DRAM產品制造推向了1α制程的層次。

　　根據(jù)美光方面表示其會在位于桃園和臺中的晶圓工廠中，使用1α制程生產8GB和16GB的DDR4和LPDDR4內存，最后該工藝將應用所有類型的內存。這意味著在隨后的一段時間內美光會將旗下采用1z DRAM制程的生產線逐步升級替換為1α，根據(jù)外媒的消息，其生產線全面升級預計將在2022-2023年完成。

　　對于此后的生產來說，現(xiàn)階段美光使用1α制程在DDR4及LPDDR4等產品上取得好的表現(xiàn)，無疑可以為DDR5或者新一代的GDDR顯存等生產提供技術積累，確保可靠產品的產出。

　　在供貨情況上，美光表示，基于1α制程的產品首先出貨的是面向運算市場的DDR4 內存以及英睿達 (Crucial) 消費級 PC DRAM 產品。美光同時也已開始向移動客戶提供 LPDDR4 樣片進行驗證。

　　3.三星的1z制程用上EUV技術有何優(yōu)勢

　　2020年的3月份，三星宣布基于EUV（（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝的第一代10nm制程（1x）DRAM產品已經成功制造，并且交付給用戶。

　　2020年3月份，三星給出的消息顯示，其是業(yè)內第一家采EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進行DRAM生產的廠家，并且將在隨后的DRAM產品生產中進行全方位的部署。

　　△三星宣布采用EUV工藝進行1x DRAM產品制造

　　2020年10月份，三星宣布在韓國平澤的第二條生產線生產了基于EUV工藝生產的1z 16GB LPDDR5。宣布其1z DRAM生產用上了EUV工藝。

　　△三星宣布在韓國平澤的第二條生產線生產了基于EUV工藝生產的1z 16GB LPDDR5

　　近期，國外機構與媒體（TechInsights 、EETimes）進一步的解析了采用三星所采用EUV工藝生產的1z DRAM產品。

　　△未采用EUV工藝生產于采用EUV工藝生產的1z DRAM產品對比

　　根據(jù)國外機構及媒體的內容，我們可以看到，三星1z-nm制程的生產效率比以前的1y-nm工藝高出15％以上。D/R（Design Rule）從1y-nm制程的17.1nm降低到1z-nm制程的15.7nm，核心尺寸也從53.53mm2減小到43.98mm2，比之前縮小了約18％。

　　并且在采用EUV工藝后，其生產的DRAM產品可以明顯改善S/A（sense amplifier circuitry 感應電路放大）區(qū)域中BLP封裝技術的線邊緣粗糙度（LER），并減少了橋接/短路缺陷。

　　三星與美光1z-nm DRAM0.00204μm2的單元尺寸相比，三星的1z-nm DRAM單元尺寸只有0.00197μm2。三星1z-nm DRAM的D/R為15.7nm，美光的則是15.9nm。在這一方面的參數(shù)來看，三星采用的EUV工藝制造在最終的產品上有著較為優(yōu)秀的數(shù)據(jù)差距。

　　4.軍備競賽誰是贏家？

　　我們之前說過，美光在2021年的1月份成為首家突破1α DRAM的廠家，并且沒有采用EUV工藝進行制造。而三星則在2020年的1z DRAM生產上就用上了EUV工藝。

　　美光在此前曾放出消息，后續(xù)的1β和1γ DRAM生產上，其1β預計不會采用EUV工藝，將繼續(xù)在設計及其材料、工藝等一系列的內容中進一步的進行推進。而在1γ上嘗試采用EUV工藝進行制造。

　　三星則是宣布將會在后續(xù)的一系列DRAM生產上采用EUV工藝，并且也將在2021年推出基于EUV工藝生產的1α DRAM產品。三星位于韓國平澤的半導體生產工廠將會是未來幾年內全球最大的基于EUV工藝生產DRAM的工廠。

　　△三星官方曾給出的DRAM產品時間節(jié)點

　　根據(jù)三星官方的說法，在1α的DDR 5和LPDDR 5的生產上采用EUV工藝，會比此前使用12英寸1x晶片的制造生產率翻一番。

　　△三星在DRAM方面取得的工藝進步進程

　　從現(xiàn)階段的情況來看，作為DRAM生產的巨頭，三星與美光正走在遵循這自己此前定下的技術路線進行產品的生產。我們可以看到美光雖然沒有采用EUV技術，但是在其他方面仍然通過一系列的改進與優(yōu)化，達到了工藝制程上的領先，并且在現(xiàn)階段利用成熟技術的成本優(yōu)勢達到更高的利潤。

　　△美光采用1α制程所制造的產品

　　三星現(xiàn)階段使用EUV工藝的生產對比于其他家來說，無疑會增加更高的成本，但是隨著時間的推移，其使用成本會進一步的降低，最終實現(xiàn)更高的利潤，并且在EUV工藝的使用上存在技術優(yōu)勢。以此也有部分人擔憂，美光在1γ上嘗試采用EUV工藝進行制造產品后，會不會由于使用經驗的不足等原因導致面對競爭對手時出現(xiàn)落后的情況。

　　但是從現(xiàn)階段的情況來看，美光、三星以及我們本文中沒有提及的SK海力士、南亞科技等巨頭等現(xiàn)階段都是處于不錯的盈利水平。例如最近TrendForce的調查顯示，在未來三年汽車及5G新基建等產品上會有更高的DRAM產品需求，而在汽車利于對于DRAM需求的GAGR（年復合增長率）就超過了30%。

　　△汽車方面的未來三年DRAM需求增長

　　在DRAM產品上的軍備競賽，這些廠家都選擇了不同的道路，而由于這一方面屬于重資本領域，在未來幾年內我們或許還未能看到究竟是哪一方笑到了最后，而這場DRAM制造工藝上的軍備競賽，我們或許要在以后才能知曉最后的答案。