从去年下半年起,存储器的市场——包括NAND和DRAM——逐渐陷入供应短缺的状况。有人认为这只是单纯的市场因素,但我的看法是这是技术面因素所造成的短缺,短期内恐怕不容易纾解。
存储器厂商曾经有一段好时光。NAND和DRAM过去在制程、设备、市场都享有综效;NAND的制程早两代开发、量产,然后DRAM利用已开发NAND的晶体管基础制程加上电容部份,并且利用已生产过NAND的机器设备生产DRAM,一鱼两吃,而且客户往往是重复的。
但是NAND首先在制程上遇到瓶颈,无法继续微缩。幸好从3D制程找到出路,NAND的基础制程再退回40nm但存储器单元往上堆叠,密度继续提高。DRAM由于元件特性不同,无法使用3D制程,必须持续往微缩方向挺进。但是由于DRAM的储存元件是电容,其电容值(capacitance)正比于面积。当制程微缩,电容值以微缩尺度平方的速度下降,维持电荷于电容以记忆资料的时间以指数函数的方式下降。所以现在DRAM制程微缩的难度变得很高,看现在DRAM制程的命名1X、1Y、1Z就知道它会久久徘徊在10几nm,无法再享有过去摩尔定律的神奇表现了。
更糟糕的是,NAND和DRAM的综效消失了。这两种存储器必须为各自的研发和机器设备买单。DRAM由于制程微缩缓慢,增加产能的最快方法就是购买设备,但是现在制程已在10几nm,光刻机器非常昂贵。NAND虽然制程线宽较宽松,但要挖高宽比(aspect ratio)快速增长的深沟,在制程开发和新蚀刻(etch)、沉积(deposition)设备上也要大量投入。
存储器市场可能重回以前DRAM旧市场的景气循环模式:存储器公司利润丰厚,有资金挹注研发精进、产能大开,所以产品售价日益下滑,公司利润下降甚至亏损,无力支付新的研发及设备费用,因此产能增长追不上需求成长,供应短缺,产品售价又开始提升,一个景气循环走完一遍。
有人说计算机和手机的成长日趋饱和,存储器的市场成长日趋和缓,那是没想到新的市场正在悄然兴起。现在时兴的高科技,大数据、物联网、机器学习、区块链等,那一种不是以大量数据的储存为基本要求。以区块链为例,其安全的要素在于分散式的重复储存,做到“一言既出,驷马难追”的不可否认效果,存储器的需求是显而易见的事。物联网也是,数量如恒河沙数的传感器源源不断产生的资料需要区域储存,更需要中央储存来进一步处理。这些新科技产生的市场需求,将进一步带动传统以及新兴存储器技术的发展。
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