堆叠存储器带宽

十字路口上DRAM，未来何在？（下）

编者按经过数十年的发展，DRAM目前面临越发困难的处境：PC市场的萎靡带来的需求不振，DRAM制程升级的的成...

编者按

经过数十年的发展，DRAM目前面临越发困难的处境：PC市场的萎靡带来的需求不振，DRAM制程升级的的成本不断攀升。这使得目前业界正在纷纷积极寻找DRAM的替代品，但是DRAM真是一个不得已而为之的选择吗？从目前DRAM的出货量来看，短期之内并不会有大的变化。但在长期，DRAM留下的市场空间将必是各路新兴技术的必争之地。本文来自SemiEngineering。查看上篇请点击查看原文。

3D DRAM

考虑到二维DRAM的不确定性，OEM也在寻找其他选择，也就是堆叠式存储或3D DRAM。3D DRAM在彼此的顶部进行堆叠存储，并使用硅穿孔（TSVs）连接。3D DRAM提供了高速的带宽，但是这些零件有些贵。

3D DRAM有几种类型。有一种是三星的基于DDR4的DRAM堆叠。这种堆叠使用TSVs连接，并以模块的形式出售。

美光则正出货一个叫做混合存储立方（HMC）的3D DRAM。还有一个3D DRAM技术叫做高带宽存储（HBM）。第一个版本被称作HBM1，以高端且便携式的系统为目标。下一代HBM叫做HBM2，最初是针对高端系统的。

最近，三星推出了世界上第一个基于HBM2的装置，它是一个具有256-GB/s带宽，由4个8千兆比特芯片组成的4GB设备。用超过五千个硅穿孔堆叠并连接起了这些芯片。

三星存储器市场营销的高级副总裁Sewon Chun认为，通过量产下一代HBM2 DRAM，更有助于我们快速采用下一代（高性能系统）。

HMC和HBM的前景都很好，但是每个技术都不能直接替代平面DRAM。思科的Slayman认为，如果不重新进行CPU设计，将无法用HBM和HMC直接替代二维DRAM。HMC是一个串行通道，所以必须用串行技术设计处理器。它可能比DRAM DIMM具备更高的带宽，但也会存在更多的延迟。

然而，HMC具有很多优势。任何处理器供应商或系统公司都可以从美光买到HMC，并把它放在电路板上。然后他们可以购买处理器，并把它放在印刷电路板上。这样就把DIMM和CUP都集成在电路板上了，我们今天也遵循相同的模式。

相反，HBM还提供了高带宽，但供应链会更复杂。例如，AMD（超微半导体公司）近期推出了一个基于2.5D技术和HBM的图形芯片。为了启用这个产品，SK海力士提供了HBM存储器。联电正从事前端的TSV工作，而日月光提供后端的组装服务。

Slayman 进一步指出，HBM驱动不同的商业模式，一个解决方案是将处理器和DRAM封装在一起。HBM的问题在于谁是真正的供应商？是DRAM的企业供应了HBM堆叠？或者是处理器的公司将HBM封装在他们的处理器包中？相比之前的工作，现在处理器设计公司更多是致力于封装、组装和测试过程。如果这一切都发生了，HBM解决方案就有明显的技术优势。

下一代存储器

与此同时，经过数次延迟，新一波的下一代非挥发性存储器出现了。有两种技术被视为DRAM的替代品：STT-MRAM和ReRAM。

在Slayman看来，STT-MRAM即快速又耐用，但是它还需要经历一个漫长的过程。

另外是3D Xpoint，它是来自英特尔和美光的类似于ReRAM的装置。它有可能会替代闪存，但是我们对它没有足够的了解。

在这两种技术中，STT-MRAM有一天会取代DRAM。根据分析师分析，3D Xpoint能够做到一些DRAM功能，但是不能全部的功能。应用材料的Ping认为，从物理学的观点来看，由于STT-MRAM的持久性，它能够做到DRAM的功能。但是密度和成本要和DRAM相当。这需要一段时间，他相信STT-MRAM最终会与DRAM一较高下。