Gửi tin nhắn

Tin tức

March 11, 2021

DRAM, 3D NAND Đối mặt với những thách thức mới

Đó là một thời kỳ hỗn loạn đối với thị trường trí nhớ, và nó vẫn chưa kết thúc.

Cho đến nay vào năm 2020, nhu cầu đã tốt hơn một chút so với dự kiến ​​đối với hai loại bộ nhớ chính - 3D NAND và DRAM.Tuy nhiên, hiện tại thị trường đang có một số bất ổn trong bối cảnh thị trường tăng trưởng chậm lại, vấn đề hàng tồn kho và cuộc chiến thương mại đang diễn ra.

Ngoài ra, thị trường 3D NAND đang hướng tới một thế hệ công nghệ mới, nhưng một số đang gặp phải vấn đề về lợi nhuận.Và các nhà cung cấp của cả 3D NAND và DRAM đều đang gặp phải sự cạnh tranh mới từ Trung Quốc.

Sau khi suy thoái vào năm 2019, thị trường bộ nhớ được cho là sẽ phục hồi trong năm nay.Sau đó, đại dịch COVID-19 xảy ra.Đột nhiên, một tỷ lệ lớn các quốc gia đã thực hiện các biện pháp khác nhau để giảm thiểu sự bùng phát, chẳng hạn như đặt hàng tại nhà và đóng cửa kinh doanh, trong số những biện pháp khác.Kinh tế hỗn loạn và mất việc làm ngay sau đó.

Tuy nhiên, hóa ra, nền kinh tế làm việc tại nhà đã thúc đẩy nhu cầu không lường trước được đối với PC, máy tính bảng và các sản phẩm khác.Nhu cầu về máy chủ trong các trung tâm dữ liệu cũng bùng nổ.Tất cả những điều này đã thúc đẩy nhu cầu về bộ nhớ, logic và các loại chip khác.

Cuộc chiến thương mại Mỹ - Trung tiếp tục tạo ra sự bất ổn trên thị trường, nhưng nó cũng gây ra làn sóng mua chip hoảng loạn.Về cơ bản, Mỹ đã đưa ra một loạt các biện pháp hạn chế thương mại đối với Huawei của Trung Quốc.Vì vậy, trong một thời gian, Huawei đã tích trữ chip, thúc đẩy nhu cầu.

Điều đó sắp kết thúc.Để kinh doanh với Huawei, các công ty Mỹ và các công ty khác sẽ yêu cầu chính phủ Mỹ cấp phép mới sau ngày 14 tháng 9. Nhiều nhà cung cấp đang cắt đứt quan hệ với Huawei, điều này sẽ ảnh hưởng đến nhu cầu chip.

Tất cả đã nói, thị trường bộ nhớ tổng thể rất phức tạp và có một số ẩn số.Để giúp ngành công nghiệp hiểu rõ hơn về những gì đang diễn ra phía trước, Semiconductor Engineering đã kiểm tra thị trường cho DRAM, 3D NAND và bộ nhớ thế hệ tiếp theo.

Động lực học DRAM
Các hệ thống ngày nay tích hợp bộ xử lý, đồ họa, cũng như bộ nhớ và lưu trữ, thường được gọi là hệ thống phân cấp bộ nhớ / lưu trữ.Trong tầng đầu tiên của hệ thống phân cấp đó, SRAM được tích hợp vào bộ xử lý để truy cập dữ liệu nhanh chóng.DRAM, tầng tiếp theo, là riêng biệt và được sử dụng cho bộ nhớ chính.Ổ đĩa và ổ lưu trữ thể rắn dựa trên NAND (SSD) được sử dụng để lưu trữ.

Năm 2019 là một giai đoạn khó khăn đối với DRAM, bị nhấn mạnh bởi nhu cầu mờ nhạt và giá cả giảm.Sự cạnh tranh đã rất khốc liệt giữa ba nhà sản xuất DRAM hàng đầu.Trong thị trường DRAM, Samsung dẫn đầu với 43,5% thị phần trong quý 2 năm 2020, tiếp theo là SK Hynix (30,1%) và Micron (21%), theo TrendForce.

Cuộc cạnh tranh dự kiến ​​sẽ gay gắt hơn với một công ty mới từ Trung Quốc.Công nghệ Bộ nhớ ChangXin (CXMT) của Trung Quốc đang vận chuyển dây chuyền DRAM 19nm đầu tiên của mình, với các sản phẩm 17nm đang được triển khai, theo Cowen & Co.

Vẫn còn phải xem CXMT sẽ tác động đến thị trường như thế nào.Trong khi đó, vào năm 2020, thị trường DRAM là một bức tranh hỗn hợp.Tổng cộng, thị trường DRAM dự kiến ​​sẽ đạt 62,0 tỷ USD, gần như không đổi so với mức 61,99 tỷ USD vào năm 2019, theo IBS.

Nền kinh tế lưu trú tại nhà, cùng với sự bùng nổ của máy chủ trung tâm dữ liệu, đã thúc đẩy nhu cầu DRAM mạnh mẽ trong nửa đầu và quý 3 năm 2020. “Động lực chính cho tăng trưởng trong quý 1 đến quý 3 năm 2020 là trung tâm dữ liệu và PC,” Handel Jones nói, Giám đốc điều hành của IBS.

Ngày nay, các nhà cung cấp DRAM đang vận chuyển các thiết bị dựa trên nút 1xnm.Amy Leong, phó chủ tịch cấp cao tại FormFactor, một nhà cung cấp thẻ thăm dò cho các ứng dụng thử nghiệm chip, cho biết: “Chúng tôi nhận thấy nhu cầu DRAM mạnh hơn trong quý 3 khi các nhà cung cấp DRAM bắt đầu tăng cường các nút '1nmy' và '1nmz'.

Tuy nhiên, hiện tại có những lo ngại về sự chậm lại vào cuối năm 2020. “Vào quý 4 năm 2020, có một số yếu tố mềm do nhu cầu trong các trung tâm dữ liệu chậm lại, nhưng nó không phải là mức giảm sâu”, IBS 'Jones cho biết.

Trong khi đó, cho đến nay đã là một năm mờ nhạt về nhu cầu bộ nhớ trên điện thoại thông minh, nhưng điều đó có thể sớm thay đổi.Trên mặt trận DRAM di động, các nhà cung cấp đang tăng cường sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn giao diện LPDDR5 mới.Theo Samsung, tốc độ truyền dữ liệu cho thiết bị 16GB LPDDR5 là 5.500Mb / giây, nhanh hơn khoảng 1,3 lần so với tiêu chuẩn bộ nhớ di động trước đây (LPDDR4X, 4266Mb / s).

Karl Ackerman, một nhà phân tích tại Cowen, cho biết: “Chúng tôi kỳ vọng nhu cầu DRAM và NAND trên thiết bị di động sẽ tăng vào năm 2020 nhờ sản xuất cao hơn các thiết bị điện thoại thông minh 5G hàng đầu mang hàm lượng DRAM cao hơn”, Karl Ackerman, một nhà phân tích tại Cowen, cho biết trong một nghiên cứu.

5G, một công nghệ không dây thế hệ tiếp theo, dự kiến ​​sẽ thúc đẩy nhu cầu DRAM vào năm 2021. Thị trường DRAM dự kiến ​​đạt 68,1 tỷ USD vào năm 2021, theo IBS.Jones cho biết: “Vào năm 2021, động lực chính cho tăng trưởng sẽ là điện thoại thông minh và điện thoại thông minh 5G."Ngoài ra, tăng trưởng trung tâm dữ liệu sẽ tương đối mạnh mẽ."

Thách thức NAND
Sau một thời gian tăng trưởng chậm chạp, các nhà cung cấp bộ nhớ flash NAND cũng hy vọng vào sự phục hồi vào năm 2020. “Chúng tôi lạc quan về nhu cầu dài hạn đối với bộ nhớ flash NAND,” Leong của FormFactor cho biết.

Tổng cộng, thị trường bộ nhớ flash NAND dự kiến ​​sẽ đạt 47,9 tỷ USD vào năm 2020, tăng 9% so với 43,9 tỷ USD vào năm 2019, theo IBS."Các trình điều khiển ứng dụng chính trong Q1 đến Q3 2020 là điện thoại thông minh, PC và trung tâm dữ liệu", IBS 'Jones cho biết.“Chúng tôi đã thấy nhu cầu giảm nhẹ trong Quý 4 năm 2020, nhưng nó không đáng kể.”

Vào năm 2021, thị trường NAND dự kiến ​​sẽ đạt 53,3 tỷ USD, theo IBS.Jones nói: “Động lực chính vào năm 2021 sẽ là điện thoại thông minh.“Chúng tôi nhận thấy sự gia tăng về khối lượng và cũng như tăng nội dung NAND trên mỗi điện thoại thông minh.”

Trên thị trường NAND, Samsung dẫn đầu với 31,4% thị phần trong quý 2 năm 2020, tiếp theo là Kioxia (17,2%), Western Digital (15,5%), SK Hynix (11,7%) và sau đó là Micron (11,5%) và Intel (11,5%), theo TrendForce.

Nếu đó là chưa đủ cạnh tranh, Yangtze Memory Technologies (YMTC) của Trung Quốc gần đây đã tham gia vào thị trường 3D NAND với một thiết bị 64 lớp.Jones nói: “YMTC sẽ có mức tăng trưởng tương đối mạnh vào năm 2021, nhưng thị phần của nó rất thấp.

Trong khi đó, trong một thời gian, các nhà cung cấp đã tung ra 3D NAND, sự kế thừa của bộ nhớ flash NAND phẳng.Không giống như NAND phẳng, là một cấu trúc 2D, 3D NAND giống như một tòa nhà chọc trời thẳng đứng, trong đó các lớp ô nhớ nằm ngang được xếp chồng lên nhau và sau đó được kết nối bằng các kênh dọc nhỏ.

3D NAND được định lượng bằng số lớp được xếp chồng lên nhau trong một thiết bị.Khi nhiều lớp được thêm vào, mật độ bit tăng lên trong hệ thống.Nhưng những thách thức trong sản xuất ngày càng leo thang khi bạn thêm nhiều lớp hơn.

3D NAND cũng yêu cầu một số bước lắng đọng và khắc khó khăn.“Bạn đang sử dụng các hóa chất khác nhau.Bạn cũng đang theo đuổi một số cấu hình khắc nhất định, đặc biệt là đối với khắc tỷ lệ khung hình cao hoặc cái mà họ gọi là HAR.Đối với 3D NAND, điều đó trở nên cực kỳ quan trọng, ”Ben Rathsack, phó chủ tịch kiêm phó tổng giám đốc tại TEL America, cho biết trong một bài thuyết trình gần đây.

Năm ngoái, các nhà cung cấp đã xuất xưởng các sản phẩm NAND 3D 64 lớp.Jeongdong Choe, chuyên gia kỹ thuật cấp cao tại TechInsights cho biết: “Ngày nay, các thiết bị NAND 3D 92 và 96 lớp là phổ biến."Những thiết bị này phổ biến trong thiết bị di động, SSD và thị trường doanh nghiệp."

128 lớp 3D NAND là thế hệ công nghệ tiếp theo.Các báo cáo đã xuất hiện rằng có một số sự chậm trễ ở đây do các vấn đề về lợi nhuận.“128L vừa được phát hành.Các ổ SSD 128L vừa được tung ra thị trường ”, Choe nói.“Nó có một chút chậm trễ.Tuy nhiên, vấn đề lợi nhuận vẫn còn đó. "

Không rõ vấn đề sẽ kéo dài bao lâu.Tuy nhiên, các nhà cung cấp đang thực hiện các lộ trình khác nhau để mở rộng 3D NAND.Một số đang sử dụng cái gọi là phương pháp xếp chồng chuỗi.Ví dụ, một số đang phát triển hai thiết bị 64 lớp và xếp chồng chúng lại, tạo thành một thiết bị 128 lớp.

Những người khác đang đi một con đường khác.Choe nói: “Samsung vẫn giữ cách tiếp cận ngăn xếp đơn cho 128L, liên quan đến việc khắc kênh dọc tỷ lệ khung hình rất cao.

Ngành công nghiệp sẽ tiếp tục mở rộng quy mô 3D NAND.Đến cuối năm 2021, Choe dự kiến ​​các bộ phận 3D NAND có từ 176 đến 192 lớp sẽ rơi vào tình trạng sản xuất rủi ro.

Có một số thách thức ở đây.Rick Gottscho, CTO của Lam Research cho biết: “Chúng tôi rất lạc quan về khả năng mở rộng 3D NAND.“Có hai thách thức lớn trong việc mở rộng 3D NAND.Một là sự căng thẳng trong các bộ phim tích tụ khi bạn đặt ngày càng nhiều lớp, có thể làm cong tấm wafer và làm biến dạng các mẫu, vì vậy khi bạn đi bộ đôi hoặc bộ ba, việc căn chỉnh trở thành một thách thức lớn hơn. ”

Không rõ 3D NAND sẽ mở rộng bao xa, nhưng luôn có nhu cầu về nhiều bit hơn.Gottscho nói: “Có nhu cầu mạnh mẽ trong dài hạn.“Có sự phát triển bùng nổ về dữ liệu, tạo và lưu trữ dữ liệu.Tất cả các ứng dụng này để khai thác dữ liệu sẽ cung cấp cho các ứng dụng mới để có thêm dữ liệu, vì vậy nhu cầu dữ liệu vô độ và lưu trữ dữ liệu mãi mãi. "

Bộ nhớ thế hệ tiếp theo
Trong một thời gian, ngành công nghiệp đã phát triển một số loại bộ nhớ thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như bộ nhớ thay đổi pha (PCM), STT-MRAM, ReRAM và những loại khác.

Các loại bộ nhớ này hấp dẫn vì chúng kết hợp tốc độ của SRAM và tính không biến động của đèn flash với độ bền không giới hạn.Nhưng những ký ức mới mất nhiều thời gian hơn để phát triển vì chúng sử dụng các vật liệu phức tạp và các sơ đồ chuyển đổi để lưu trữ dữ liệu.

Trong số các loại bộ nhớ mới, PCM thành công nhất.Trong một thời gian, Intel đã xuất xưởng 3D XPoint, một PCM.Micron cũng đang vận chuyển PCM.Một bộ nhớ không thay đổi, PCM lưu trữ dữ liệu bằng cách thay đổi trạng thái của vật liệu.Nó nhanh hơn flash, với độ bền tốt hơn.

STT-MRAM cũng đang vận chuyển.Nó có tốc độ SRAM và khả năng không biến động của đèn flash với độ bền không giới hạn.Nó sử dụng từ tính của spin điện tử để cung cấp các đặc tính không bay hơi trong chip.

STT-MRAM được cung cấp trong các ứng dụng độc lập và nhúng.Trong nhúng, nó được nhắm mục tiêu để thay thế NOR (eFlash) ở bước sóng 22nm và hơn thế nữa trong vi điều khiển và các chip khác.

ReRAM có độ trễ đọc thấp hơn và hiệu suất ghi nhanh hơn flash.Trong ReRAM, một điện áp được đặt vào một chồng vật liệu, tạo ra sự thay đổi trong điện trở ghi dữ liệu trong bộ nhớ.

David Uriu, giám đốc kỹ thuật quản lý sản phẩm của UMC cho biết: “ReRAM và MRAM ở một mức độ nào đó đã bị ảnh hưởng do thiếu các trường hợp sử dụng khối lượng thành công.“Mỗi công nghệ từ PCM đến MRAM đến ReRAM đều có điểm mạnh và điểm yếu.Chúng tôi đã thấy những dự đoán thú vị về nhiều công nghệ này, nhưng thực tế là chúng vẫn đang trong quá trình thực hiện ”.

Trong khi PCM đang phát triển mạnh mẽ, các công nghệ khác chỉ mới bắt đầu.Uriu nói: “Vấn đề về mức độ trưởng thành trong việc áp dụng sản phẩm là điều cần được chứng minh theo thời gian để đạt được sự tin tưởng vào khả năng của các giải pháp.“Các vấn đề về chi phí, hiệu suất tương tự và các trường hợp sử dụng nói chung đã được đưa ra và chỉ một số ít đang gặp phải thách thức.Đa số chỉ đơn giản là quá rủi ro khi đặt cược sản lượng và tổng chi phí sở hữu. "

Điều này không có nghĩa là MRAM và ReRAM có tiềm năng hạn chế.“Chúng tôi nhìn thấy tiềm năng trong tương lai ở MRAM và ReRAM.PCM, trong khi tương đối đắt tiền, đã được chứng minh là hoạt động và đã bắt đầu trưởng thành, ”ông nói.“Ngành công nghiệp của chúng tôi liên tục cải tiến các vật liệu và trường hợp sử dụng liên quan đến việc phát triển sự chấp nhận thuần thục của các thiết kế bộ nhớ mới hơn này và chúng sẽ được đưa ra thị trường cho các ứng dụng tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, máy học và xử lý trong bộ nhớ hoặc các ứng dụng máy tính trong bộ nhớ .Chúng sẽ mở rộng sang nhiều loại máy mà chúng ta sử dụng ngày nay cho các ứng dụng tiêu dùng, IoT thông minh, truyền thông, cảm biến 3D, y tế, giao thông và thông tin giải trí. ”(Từ Mark LaPedus)

Chi tiết liên lạc