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前言:
近日,长鑫科技4F² DRAM架构取得关键进展,新一代DDR5 RDIMM计划于年底推出。
背后藏着DRAM制造路线的转向,长鑫埋下多年的技术伏笔,终于走到了产业化的门口。
作者| 方文三
图片来源 | 网络
把光刻的劣势,翻译成工程的优势
存储芯片的竞争,向来有一套近乎残酷的经济学。
DRAM的存储单元简单得像一首短诗,1个晶体管加1个电容,1T1C。晶体管当门卫,电容当仓库,电荷的多少区分0和1。
二十年来,整个行业的微缩游戏都在6F²的平面框架里打转,每个单元占6倍最小特征尺寸的平方,各家比的是谁的光刻机更贵,谁把F压得更小。
这条路快走到头了,晶体管的沟道越缩越短,电子开始不守规矩,短沟道效应让漏电流飙升。对DRAM来说,漏电是致命的,电容留不住电荷,数据就会出错,系统甚至崩溃。
行业的常规补救是拉高刷新频率,频繁给电容补电,代价是功耗上涨,读写带宽被挤占,性能功耗比一路下滑。
当前主流DRAM采用6F²存储单元架构,F代表制造工艺中的最小特征尺寸尺度,6F²意味着一个存储单元占据约6倍F的平方所对应的面积,每个单元占3F乘2F的面积。
4F²架构将其压缩为2F乘2F,同面积下存储密度提升30%至50%,只要4F²的线宽不超过6F²的约1.22倍,两者密度就能打平。换句话说,光刻精度放宽两成多,密度照样不吃亏。
这套算术对三大巨头是锦上添花,对长鑫却是雪中送炭。美国出口管制规定,18nm及以下半间距的DRAM生产设备对中国禁售,EUV光刻机更是无从谈起。
在6F²上继续缩线宽,胜负基本由光刻机说了算,长鑫永远追着别人的镜头跑。
换到4F²赛道,较量的对象变成刻蚀、沉积、材料与集成,这些功夫可以靠自己一点点练出来。
SK海力士的研究员曾在学术场合算过另一笔账,转向垂直栅或3D结构后,EUV光刻成本可降到传统6F²的一半以下。这条路径连领先者也在觊觎,只是他们身后的6F²产线太重,转身太慢。
长鑫的技术答卷上写着自研的VSG晶体管,这种垂直包围沟道结构带来更强栅控,压制漏电与短沟道效应,竖立的晶体管则为面积微缩腾出空间。
工艺层面,字线金属化、位线成型、结激活等关键环节被全面重构。
集成层面,长鑫推动DRAM与CMOS工艺解耦,用晶圆级混合键合实现高速互联,让逻辑性能与存储密度各自优化。
同样工艺节点下,单颗芯片存储密度提升30%到50%,单位容量的成本和功耗同步下探。
垂直晶体管带来的结构变化,为改善这些矛盾提供了新的路径,因此4F²给存储企业带来了一个颇有意味的选择。
继续在6F²结构上微缩,工程改进具有延续性,但空间逐渐收紧。
投入4F²,则需要承担架构转换的成本,并争取下一轮密度提升带来的收益。
长鑫选择提前下注,争取在技术路线切换时获得更主动的位置。
九年伏笔,藏在专利与论文的时间轴里
外界看到的是10月10日的官宣,水面下的时间轴要长得多。
长鑫2016年成立,几乎在产线打桩的同时就启动了4F²研究和专利布局,目前公开的专利族超过300件,数量压过所有海内外同行。
2021年,发出了中国大陆第一篇4F²架构论文,2023年和2025年又两次以论文披露进展。
2019年起,混合键合技术开始独立自主研发,公开专利数量已排进全球前十。
2025年的IEDM上,长鑫介绍了多层水平单元堆叠DRAM架构,并首次在12英寸晶圆平台完成DRAM与CMOS的晶圆级键合实验验证。
九年里,这家公司一边在6F²的世界里抢产能、抢客户、抢市场份额,一边在论文和专利的字里行间,修另一条路的桥墩。等到6F²的微缩红利见底,桥刚好合龙。
这种耐心有它的来处,长鑫的技术地基来自一家死去的德国公司奇梦达。2019年12月,长鑫通过加拿大专利运营公司Polaris,获得了源自奇梦达的DRAM专利许可和约2.8TB技术文档,继承了46nm级别的BWL埋入式字线架构,并一路推进到10nm级别。
奇梦达当年坚守沟槽路线败给堆叠路线,最终倒在2009年的金融危机里,但它留下的BWL加堆叠电容,恰恰是今天三大巨头都在用的主流架构。
长鑫从这份遗产里学到的最深一课,是技术路线的押注比工艺节点的追赶更值钱。在别人的赛道上追,永远慢半拍,在换道的路口提前埋伏,才有机会第一个过弯。
专利族超300件这件事,要放在DRAM的专利丛林里读,当年三巨头用交叉授权把门焊死,长鑫用九年时间把自己也砌成了一堵墙。
直指服务器市场,长鑫要证明技术能变成生意
长鑫总裁曹堪宇在第四届集成芯片和芯粒大会上宣布,预计年底推出融合4F²架构、混合键合等先进技术的新一代DDR5 RDIMM产品。
这个产品方向颇有分量,DDR5 RDIMM主要面向服务器及部分高性能工作站。
与普通消费级内存相比,服务器内存需要长期运行,并满足更严格的信号完整性、平台兼容性和可靠性要求。
RDIMM通过寄存缓冲器改善命令与地址信号的负载条件,为高容量内存配置提供支持,但底层存储单元仍需经受严格的电学和可靠性测试。
长鑫将首代4F²产品瞄准服务器市场,意味着新架构必须尽快接受系统级验证。
对企业也是一道商业选择题,服务器内存通常具有较高的技术附加值和客户认证壁垒,成功进入相关供应链,有机会改善产品组合,并形成更加稳定的客户关系。
韩国厂商同样在推进下一代DRAM架构,去年6月,SK海力士公开下一代DRAM技术路线,明确提出将4F²垂直栅极平台及3D DRAM作为突破传统微缩限制的重要方向。
三星也在推进相似技术,根据韩国半导体媒体The Elec于今年4月的报道,已经获得采用4F²与垂直沟道晶体管结构的10nm以下DRAM功能芯片,并计划于2028年推进相关工艺的量产。
由此来看,长鑫将产品推出时间设在2026年底,确实构成了一次引人注目的时间表竞争。
市场环境也在推动这场竞争加速,Counterpoint Research发布的数据显示,2026年第二季度,长鑫在全球DRAM市场的营收份额达到10%,高于2025年同期的4%。
更深层的变化来自AI基础设施,TrendForce数据显示,2026年第二季度,全球DRAM产业营收环比增长59.5%。AI训练与推理需求带动HBM、高容量RDIMM等产品出货,新增产能也更多流向服务器应用。
随着AI系统承载更大模型、更长上下文和更复杂的任务,服务器内存容量及带宽的重要性正在上升。
这给4F²提供了现实的商业场景,当服务器客户不断提高内存容量要求,存储密度提升可能帮助制造商改善成本、功耗及产品容量组合。
对于长鑫,4F²有机会将竞争从单纯依靠产能扩张和市场需求,逐步推进到自主架构、制造效率及产品体系的较量。
结尾:
眼下存储市场供不应求,产能比技术身位更值钱,新技术导入期间的产量损失注定小不了。
机构普遍预计供需紧张延续至2027年,2028年前后全球产能集中释放,回调压力随之而来。
经济学家阿罗在1962年讲过「干中学」,经验只能从生产本身长出来。长鑫需要的就是尽快把4F²灌进产线,让学习飞轮转起来。
部分资料参考:科创板日报:《长鑫科技官宣!4F² DRAM架构取得进展 专利数量超过海外厂商 年底将推出相关技术产品》,IT之家:《长鑫技术新突破,融合4F²架构等先进技术的DDR5 RDIMM产品预计年底亮相》,TrendForce集邦咨询:《2Q26 DRAM产业营收季增59.5%,供给扩张仍不及需求成长》,Counterpoint Research:《Global DRAM and HBM Market Share: Quarterly》
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