随着计算机科学的发展,DRAM(动态随机访问存储器)在技术和性能方面面临带宽和延迟的挑战。其中,“存储墙”问题指的是存储器带宽与计算需求之间的鸿沟日益突出,这是由于传统计算机体系的冯-诺依曼架构所限制。
为了解决这个问题,高带宽内存(HBM)通过硅通孔(TSV)相互连接,改进了逻辑过程和内存之间的数据传输,这使得带宽得到了很大程度上的缓解。HBM的出现解决了一部分内存墙问题,但是由于需要在封装中堆叠裸片,HBM成本较为昂贵。此外,HBM堆栈的大小及其与处理器芯片所需的距离限制了可以连接到处理器的堆栈数量。
除了HBM,晶圆减薄工艺和混合键合技术的结合为DRAM开辟了新的可能性。晶圆减薄工艺的作用是去掉一定厚度的材料,有利于后续封装工艺的要求以及芯片的物理强度、散热性和尺寸要求。散热效率显著提高,薄的芯片更有利于热量从衬底导出。在混合键合中,两个晶圆的金属键合焊盘以及与它们相邻的介电材料也被直接连接。这对于智能手机和可穿戴设备等设备至关重要。
在未来,DRAM的下一步发展可能会采用以下技术:
1、CXL技术:CXL(Compute Express Link)是一种用于高性能计算系统的新型互连技术,可以将大量DRAM芯片集成在同一张内存扩展卡里,供系统直接使用,而无需占用DRAM插槽和接口,以起到内存容量扩展的作用。
2、FinFET电容:DRAM的技术瓶颈在于晶体管的泄漏电流并未随着半导体制程技术的微缩而减小,电容器会受到直接穿隧电流的因素而难以微缩,而且电容值也难以增加。因此,可使用FinFET电容以及新的制程技术来补偿晶体管的泄漏电流以及电容器的直接穿隧电流。
3、先进光刻和图案化的结合:先进光刻和图案化的结合将外围电路分解为单个小芯片进行配置,晶圆减薄工艺和混合键合技术的可用性或将使DRAM设备重新焕发活力。
总体来说,DRAM远未走到生命尽头,但它需要进一步缩小尺寸并降低成本。DRAM的角色可能会发生变化,甚至被其他新技术取代。