用VLT技術(shù)改變DRAM產(chǎn)業(yè)格局

用VLT技術(shù)改變DRAM產(chǎn)業(yè)格局

半導(dǎo)體嵌入式非易失性存儲器（eNVM）知識產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)品提供商Kilopass Technology， Inc.近日宣布，推出其革命性的垂直分層晶閘管（Vertical Layered Thyristor， VLT）技術(shù)，進(jìn)而顛覆全球DRAM市場。VLT存儲單元在2015年已通過驗(yàn)證，目前一款新的完整存儲器測試芯片正處于早期測試階段。Kilopass一直致力于推廣這項(xiàng)技術(shù)，并正與DRAM制造商進(jìn)行許可協(xié)商。VLT是一種什么技術(shù)？它為何可以顛覆全球DRAM市場？Kilopass首席執(zhí)行官Charlie Cheng進(jìn)行了很好的詮釋。

Charlie Cheng

VLT的前世今生

“Kilopass以一次性可編程（OTP）存儲器技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者而聞名，我很高興我們能夠?yàn)镈RAM市場帶來新的革新?！盞ilopass首席執(zhí)行官Charlie Cheng說，“我們的VLT技術(shù)是一項(xiàng)真正具有顛覆性的技術(shù)，運(yùn)用它我們的被授權(quán)商能夠迅速高效地為市場提供與JEDEC標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的DRAM產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在功耗和成本上將具有顯著優(yōu)勢，同時也免去了現(xiàn)有DRAM制造流程中構(gòu)建電容的困擾。”

垂直分層晶閘管（VLT）是基于晶閘管（thyristor）技術(shù)的一種存儲結(jié)構(gòu)。Charlie Cheng說，該結(jié)構(gòu)在電學(xué)上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管，從而形成了鎖存，由于鎖存的形成，這種結(jié)構(gòu)非常適合數(shù)據(jù)存儲，與當(dāng)前基于電容的DRAM技術(shù)相比，晶閘管內(nèi)存不需要刷新。Kilopass的VLT技術(shù)通過垂直方式實(shí)現(xiàn)了晶閘管存儲單元結(jié)構(gòu)，從而滿足了DRAM的各項(xiàng)要求，它消除了對DRAM刷新的需求，且與現(xiàn)有的工藝技術(shù)兼容，還提供更多的優(yōu)點(diǎn)，包括更低的功耗、更佳的面積效率和兼容性。

晶閘管是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子器件，在電學(xué)上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管。Charlie Cheng進(jìn)一步解釋道，由于鎖存的形成，這種結(jié)構(gòu)非常適合存儲器，與當(dāng)前基于電容的DRAM相比，晶閘管內(nèi)存不需要刷新。晶閘管于20世紀(jì)50年代被發(fā)明，之前人們曾屢次嘗試將其應(yīng)用于SRAM市場，但都未能成功。

Kilopass的VLT通過垂直方式實(shí)現(xiàn)晶閘管架構(gòu)，從而使存儲單元更加緊湊。Charlie Cheng說，緊湊的結(jié)構(gòu)加上所需的物理器件，構(gòu)造出制造工藝簡單的交叉點(diǎn)內(nèi)存，這將帶來一項(xiàng)與DDR標(biāo)準(zhǔn)兼容，并且比當(dāng)前頂尖的20納米DRAM制造成本低45%的新技術(shù)。此外，因?yàn)閂LT不需要復(fù)雜且高功耗的刷新周期，基于VLT的DDR4 DRAM將待機(jī)功耗降低了10倍，可降低到50fA/bit以下，且仍將性能提高15%。最為關(guān)鍵的是，VLT避開了傳統(tǒng)DRAM制造中最大的挑戰(zhàn)，即溝電容的制造，從而規(guī)避了相關(guān)的專利沖突，這一點(diǎn)具有很重要的戰(zhàn)略意義。

VLT存儲單元的運(yùn)行和器件測試已于2015年完成，測試結(jié)果與器件仿真系統(tǒng)TCAD具有優(yōu)異的關(guān)聯(lián)性。Charlie Cheng透漏，一塊完整的內(nèi)存測試芯片已于5月份成功流片，早期芯片測試正在進(jìn)行當(dāng)中?，F(xiàn)在已可以向數(shù)量有限的特許受讓人提供VLT DRAM技術(shù)，用于20nm到31nm工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)。Kilopass已使用其突破性的TCAD模擬器，在所有的半導(dǎo)體制造工藝細(xì)節(jié)上對這兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的模擬，新一代10nm技術(shù)的驗(yàn)證有望在2017年完成。

把脈行業(yè)發(fā)展

巨大的全球DDR（SDRAM）存儲器市場在總產(chǎn)值為3，500億美元的全球半導(dǎo)體市場中占據(jù)了超過500億美元的份額，使其成為政府為促進(jìn)國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展而推出的推動措施中，最重要的產(chǎn)品類別之一。就中國而言，國務(wù)院于2014年6月頒布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，要實(shí)現(xiàn)其中集成電路行業(yè)產(chǎn)值從2015年3，500億人民幣以年均20%的增速達(dá)到2020年約8，700億人民幣這一目標(biāo)，DRAM產(chǎn)業(yè)的增長顯得至關(guān)重要。

然而，DR A M市場已經(jīng)十分成熟，且由三星（Samsung）、海力士（SK Hynix）和美光（Micron）三家企業(yè)共同占有超過90%的市場份額?，F(xiàn)有DRAM的最關(guān)鍵技術(shù)是電容存儲單元，它不僅帶來了特有的制造挑戰(zhàn)，還被大量專利所保護(hù)。為了進(jìn)入DRAM市場，后發(fā)的中國廠商必須利用創(chuàng)新的替代方案，以推動競爭升級，爭取實(shí)現(xiàn)差異化。Charlie Cheng認(rèn)為，VLT技術(shù)則代表了這樣的一種可能性。

服務(wù)器/云計(jì)算市場中的需求正推動著總銷售額達(dá)500億美元的DRAM市場，因?yàn)橐苿与娫捄推桨咫娔X增長緩慢，計(jì)算資源正在加速向云計(jì)算遷移。在2015年發(fā)布的一項(xiàng)報(bào)告中，IC Insights預(yù)測從2014年到2019年間的DRAM市場復(fù)合年均增長率（CAGR）為9%，該數(shù)據(jù)表明DRAM市場的增長速度快于整個芯片市場的增長。

服務(wù)器和大型服務(wù)器集群消耗了大量的能量，存儲器也成為了這種能耗的一個主要貢獻(xiàn)者。在理想的狀態(tài)下，目前這一代20納米DRAM應(yīng)當(dāng)遷移到20納米以下的工藝，以提供更低的功耗。

但當(dāng)前DRAM技術(shù)的存儲單元基于1個晶體管搭配一個電容器（1T1C）。這種存儲單元尺寸很難進(jìn)一步縮小。因?yàn)檩^小的晶體管帶來更多的漏電流，且較小的電容器結(jié)構(gòu)擁有更少的電容量，這將導(dǎo)致兩次刷新之間的間隔時間必須縮短。由于刷新周期頻率的加快，16Gb DDR DRAM中高達(dá)20%的原始帶寬將丟失，這給多核/多線程服務(wù)器中的CPU帶來負(fù)擔(dān)，使CPU必須擠壓每一點(diǎn)兒性能來保持系統(tǒng)競爭力。

DRAM行業(yè)正處于如何在提高存儲器性能的同時降低功耗的技術(shù)困境之中，采用當(dāng)前的1T1C技術(shù)面臨著物理學(xué)原理上的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。Charlie Cheng表示，突破這種困境就需要一種全新的DRAM技術(shù)和架構(gòu)，Kilopass的VLT技術(shù)為該問題提供了一種切實(shí)可行的解決方案。他還告訴記者，全新的VLT DRAM架構(gòu)同時于2016年10月12日到13日在“中國集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2016年會暨長沙集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上進(jìn)行了展出。

（本刊記者/游?。?/p>

相關(guān)鏈接：Charlie Cheng于2008年加入Kilopass擔(dān)任首席執(zhí)行官（CEO），在半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（IP）界有15年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在加入Kilopass之前，Charlie在智原科技（Faraday Technology）擔(dān)任負(fù)責(zé)市場營銷和國際業(yè)務(wù)的副總裁，他在此間幫助這家以臺灣地區(qū)為中心的公司走向了國際化。在此之前，Charlie曾是Lexra Inc.的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官，該公司是一家提供嵌入式RISC CPU知識產(chǎn)權(quán)（IP）的公司。Charlie在通用電氣和IBM公司開啟了自己的職業(yè)生涯，并作為Aspec Technology的市場營銷副總裁而開拓了半導(dǎo)體IP業(yè)務(wù)。他還曾在艾美加（Iomega）、Zycad和Viewlogic等公司擔(dān)任過技術(shù)和管理職位。Charlie畢業(yè)于美國康奈爾大學(xué)，擁有計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位。