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目錄索引一DRAM:AI模進(jìn)的主“點(diǎn)之一 6(一)TRANSFOMER模對(duì)內(nèi)提了高要求 6(二)AI效了DRAM/HBM的求 12(三存領(lǐng)以巨為主長(zhǎng)存&長(zhǎng)奮直追 14二、儲(chǔ)藝驅(qū)存芯片術(shù)斷進(jìn) 22(一)DRAM:依電存儲(chǔ)息“時(shí)轉(zhuǎn)” 22(二)HBM:為AI而的“速路” 26(三)NAND:長(zhǎng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)選擇 27三、儲(chǔ)備推工進(jìn)步主抓手 31四、險(xiǎn)示 34(一行資不預(yù)的風(fēng)險(xiǎn) 34(二半體術(shù)進(jìn)及預(yù)的險(xiǎn) 34(三半體備產(chǎn)不及期風(fēng)險(xiǎn) 34圖表索引圖1:同導(dǎo)對(duì)功能 6圖2:同型存片 7圖3:Transformer架構(gòu) 8圖4:AgenticAI對(duì)存儲(chǔ)提出了多層次的需求 8圖5:內(nèi)存墻的形成 9圖6:程序性記憶對(duì)容量的需求 9圖7:程序性記憶對(duì)帶寬的需求 10圖8:工作內(nèi)存—KV緩存 11圖9:偉芯與HBM的展 圖10:2024&2030年儲(chǔ)芯市變化 12圖存芯市場(chǎng)分百美) 13圖12:2020-2025存市場(chǎng)況百美) 13圖13:來年領(lǐng)儲(chǔ)市增情(萬片年) 13圖14:DRAM相產(chǎn)價(jià)格化況 14圖15:年季度DRAM市率化 14圖16:年季度HBM市占變化 14圖17:年季度NAND占變化 15圖18:2024年球DRAM市分布 15圖19:2024年球NAND場(chǎng)布 15圖20:2024年球國區(qū)儲(chǔ)要商 16圖21:2024年DRAM和NAND產(chǎn)供地布情況 16圖22:年要商資本支況 17圖23:2025年DRAM場(chǎng)展望 17圖24:&SK力&美光DRAMD1b數(shù)比 18圖25:CXMTG4品數(shù)情況 19圖26:年要商3DNAND位度化勢(shì) 19圖27:3DNAND最小垂直柵極間距(Min.VerticalGatePitch)趨勢(shì)圖 20圖28:NAND引混合的況 21圖29:DRAM結(jié)示圖 22圖30:High-K材料的應(yīng)用逐步增加 23圖31:元列面挑戰(zhàn)解方式 23圖32:圍輯件面臨挑和決案 24圖33:DRAM堆(HBM) 24圖34:來DRAM也走向25圖35:DRAM發(fā)路圖 26圖36:HBM構(gòu)意圖 26圖37:HBM及的藝 27圖38:3DNAND成意圖 28圖39:3DNAND向縮面的戰(zhàn)解方式 28圖40:3DNAND直縮面的戰(zhàn)解方式 29圖41:3DNAND展線圖 30表1:內(nèi)要部半導(dǎo)設(shè)企半體務(wù)布情況 31一、DRAM:AI模型進(jìn)步的主要卡點(diǎn)之一(一)Transfomer模型對(duì)內(nèi)存提出了更高的要求內(nèi)存芯片是一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)載體,用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。以便向執(zhí)行計(jì)算的邏輯組件提供數(shù)據(jù),應(yīng)用于個(gè)人電腦、數(shù)據(jù)中心等設(shè)備,也被稱為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。如果將不同的半導(dǎo)體和人類的工作相比,邏輯芯片相當(dāng)于執(zhí)行思考計(jì)算的功能,而閃存芯片(NAND等)則相當(dāng)于長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的書架,內(nèi)存芯片(DRAM等)則相當(dāng)于人類在執(zhí)行數(shù)據(jù)處理時(shí)正在使用的或者隨時(shí)備用的書。圖1:不同半導(dǎo)體對(duì)應(yīng)的功能研究中心
《Mitsui&Co.GlobalStrategicStudiesInstituteMonthlyReport》,廣發(fā)證券發(fā)展半導(dǎo)體存儲(chǔ)載體有多種類型,可以根據(jù)存儲(chǔ)容量和處理速度分類。處理速度一般通過帶寬表示帶寬越寬,處理速度越快,由于處理速度和存儲(chǔ)容量之間存在權(quán)衡,根據(jù)應(yīng)用需求選擇具有最佳存儲(chǔ)容量和帶寬組合的存儲(chǔ)芯片。DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)速度較快且價(jià)格較高,因此常用于個(gè)人電腦、數(shù)據(jù)中心和智能手機(jī)的內(nèi)存;NAND(非易失性存儲(chǔ))則由于其處理速度較慢,通常用作存儲(chǔ);還有諸如寄存器和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)等存儲(chǔ)設(shè)備,它們臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以供邏輯運(yùn)算,這些通常位于邏輯內(nèi)部,一般被視為與存儲(chǔ)器分開。圖2:不同類型的存儲(chǔ)芯片研究中心
《Mitsui&Co.GlobalStrategicStudiesInstituteMonthlyReport》,廣發(fā)證券發(fā)展架構(gòu)的提出了引領(lǐng)了新一波的25年80.6——TransformerAITransformertokentoken。Transformer模型相較于傳統(tǒng)的模型,在多個(gè)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì):并行運(yùn)算Transformer長(zhǎng)距離依賴Transformer通過自注意力機(jī)制,每個(gè)token都能直接與整個(gè)序列中的所有token建立聯(lián)系,全局感知能力極大提高了對(duì)長(zhǎng)序列上下文的理解能力。豐富的特征表示TransformerTransformerNLP圖3:Transformer架構(gòu)阿里云開發(fā)者公眾號(hào)根據(jù)《HeterogeneousMemoryOpportunitywithAgenticAIandMemoryCentricComputing》(JininSo),構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的AgenticAI,因?yàn)樽宰⒁饬C(jī)制(該機(jī)制需要對(duì)序列中的每個(gè)元素(token)與序列中所有其他元素之間的關(guān)系進(jìn)行建模,因此對(duì)內(nèi)存和存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了前所未有的、多層次的需求和挑戰(zhàn);AI記憶系統(tǒng)可以被劃分為工作記憶(處理當(dāng)前任務(wù))和長(zhǎng)期記憶(知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn))。(隨著LLMTB級(jí)別;語義記憶(外部知識(shí)庫):存儲(chǔ)外部知識(shí)的向量數(shù)據(jù)庫,其容量需求可達(dá)數(shù)十運(yùn)行時(shí)緩存KVTB整個(gè)系統(tǒng)融合了LLM(如Gemini)、外部數(shù)據(jù)庫(如Milvus)和高速緩存機(jī)制,并通過檢索、學(xué)習(xí)等方式進(jìn)行交互,這對(duì)數(shù)據(jù)流動(dòng)的帶寬和延遲提出了極高要求。圖4:AgenticAI對(duì)存儲(chǔ)提出了多層次的需求《HeterogeneousMemoryOpportunitywithAgenticAIandMemoryCentricComputing》內(nèi)存墻的形成。Transformer架構(gòu)的興起導(dǎo)致AI模型的程序性記憶(即模型權(quán)重)容量需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了單個(gè)GPU上高帶寬內(nèi)存(HBM)的增長(zhǎng)速度,從而形成了一道內(nèi)存墻。內(nèi)存的增長(zhǎng)跟不上GPU處理能力的增加。AI模型(特別是LLM)對(duì)內(nèi)存容量的需求增長(zhǎng)是指數(shù)級(jí)的,而硬件(單個(gè)GPU)的內(nèi)存容量供給增長(zhǎng)是相對(duì)線性和緩慢的,這個(gè)日益擴(kuò)大的差距意味著單個(gè)GPU已經(jīng)遠(yuǎn)不足以容納一個(gè)完整的大型語言模型,例如一個(gè)需要350GB內(nèi)存的GPT-3模型無法直接加載到只有80GBHBM的A100GPU中。圖5:內(nèi)存墻的形成Semianalysis為了解決內(nèi)存墻問題,唯一的辦法就是使用多個(gè)GPU協(xié)同工作,其首要目的就是將所有GPU的HBM容量匯集起來,形成一個(gè)足夠大的內(nèi)存池來裝下整個(gè)模型。這解釋了為什么現(xiàn)代LLM推理和訓(xùn)練集群通常由數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)GPU組成。圖6:程序性記憶對(duì)容量的需求《HeterogeneousMemoryOpportunitywithAgenticAIandMemoryCentricComputing》Transformer的注意力得分可以完全并行計(jì)算,這完美契合了GPU的架構(gòu),極大地提升了訓(xùn)練效率,使得訓(xùn)練擁有數(shù)千億甚至萬億參數(shù)的超大規(guī)模模型成為可能。LLM推理分為兩個(gè)階段,瓶頸也不盡不同:處理用戶輸入的Prefill階段是計(jì)算密集型的,瓶頸在GPU的算力;逐字生成回答的Decoding階段是帶寬密集型的,瓶頸在于從HBM中讀取模型權(quán)重的速度,在生成回復(fù)的每一步,GPU的強(qiáng)大算力都無法完全發(fā)揮,因?yàn)樗诘却龜?shù)據(jù)從內(nèi)存中送達(dá)。因此,提升內(nèi)存帶寬是降低Decoding階段延遲的最直接手段。除了模型權(quán)重,不斷增長(zhǎng)的KV緩存(屬于工作記憶)也需要在每個(gè)token生成步驟中被高速讀寫,下圖中標(biāo)注的10毫秒內(nèi)加載40GB具體說明了這種需求已經(jīng)達(dá)到了4TB/s級(jí)別,只有HBM這樣的技術(shù)才能滿足(下文會(huì)詳細(xì)解釋)。圖7:程序性記憶對(duì)帶寬的需求《HeterogeneousMemoryOpportunitywithAgenticAIandMemoryCentricComputing》AI的工作記憶在技術(shù)上體現(xiàn)為L(zhǎng)LM的上下文窗口,它是AI進(jìn)行復(fù)雜、多步推理和決策的工作臺(tái)與基礎(chǔ)。它的核心功能是整合所有相關(guān)信息以支持連貫思考。通過將系統(tǒng)指令、歷史對(duì)話、用戶問題、外部知識(shí)(來自語義記憶)和模型的中間思路全部盡收眼底,LLM才能進(jìn)行全面、有深度的推理,而不是孤立地看問題。KV緩存是內(nèi)存消耗的大頭。與固定大小的模型權(quán)重不同,KV緩存的大小與工作負(fù)載(批處理大小x上下文長(zhǎng)度)成正比,在重負(fù)載下會(huì)急劇膨脹,成為最主要的內(nèi)存消耗項(xiàng),KV緩存很容易就會(huì)耗盡昂貴且有限的GPUHBM內(nèi)存。圖8:工作內(nèi)存—KV緩存《HeterogeneousMemoryOpportunitywithAgenticAIandMemoryCentricComputing》吞吐量是人工智能加速器的命脈。人工智能加速器的關(guān)鍵特征是高度并行化,并針對(duì)吞吐量進(jìn)行了優(yōu)化,需要帶寬來將處理好的數(shù)據(jù)移出芯片,同時(shí)為加速器單元提供更多處理數(shù)據(jù)。根據(jù)Semianalysis,從英偉達(dá)的路線圖中,可以看出HBM容量從A100的80GBRubinUltra的HBM(H100還是GB200的192GB(帶寬8TB/s),都會(huì)迅速促使開發(fā)者增加模型參數(shù)數(shù)量、擴(kuò)KV在大語言模型(LLM)推理過程中,所有模型權(quán)重會(huì)永久駐留在封裝內(nèi)的高帶寬內(nèi)KV緩存。tokenGPUHBMKV緩存——token圖9:英偉達(dá)芯片與HBM的發(fā)展Semianalysis(二)AI有效拉動(dòng)了DRAM/HBM的需求HBM將從2024年的億美元增加至2030年的980億美元。MemoryMarketoverview2025Update(Josephine1700HBM1742030年HBM980年增速高達(dá)33%。圖10:2024&2030年存儲(chǔ)芯片市場(chǎng)變化究中心
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),廣發(fā)證券發(fā)展研根據(jù)《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),2024含占占占0.1%。2020-2025年,2022年經(jīng)歷了周期低谷,市場(chǎng)同比下滑34%,廠商擴(kuò)產(chǎn)疊加消費(fèi)電子需求疲軟,導(dǎo)致行業(yè)庫存高企(庫存周轉(zhuǎn)天數(shù)超90天),被迫降價(jià)去庫存;2023觸底后2024年重回增長(zhǎng),2024年同比增長(zhǎng)78%至1700億美元;其中HBM收入從2023年的10億美元飆升至2024年170億美元(同比+1600%),拉動(dòng)DRAM整體增長(zhǎng)。展望2025年,增速保持在18%。圖11:2024年存儲(chǔ)芯市場(chǎng)劃分(百萬美) 圖12:2020-2025年存儲(chǔ)市場(chǎng)情況(百萬美)《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau)
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau)數(shù)據(jù)中心將有效拉動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。根據(jù)《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),數(shù)據(jù)中心相關(guān)芯片需求(按照百萬片/年,下同)年均增長(zhǎng)率高達(dá)-1%。圖13:未來幾年各領(lǐng)域存儲(chǔ)市場(chǎng)增長(zhǎng)情況(百萬片/年)究中心
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),廣發(fā)證券發(fā)展研主要存儲(chǔ)價(jià)格大幅上漲。根據(jù) 引用DRAMexchange的相關(guān)數(shù)據(jù),選取DDR3、DDR4、DDR5三個(gè)產(chǎn)品,DDR4的價(jià)格從25年年中開始快速提高,DDR5則是從25年9月份開始暴漲,而DDR3上漲亦從25年年中附近開始,各產(chǎn)品與年初的價(jià)格相比,上漲了350%~1065%不等,顯示了AI的需求增加與供給的緊缺共同作用下,存儲(chǔ)產(chǎn)品的價(jià)格有了大幅上漲,也進(jìn)一步論證了存儲(chǔ)的稀缺性。圖14:DRAM相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格變化情況現(xiàn)貨平均:DRAM:DDR3(4Gb(512Mx8),1600MHz) 現(xiàn)貨平均:DRAM:DDR5(16Gb(2Gx8),4800/5600Mbps)302520151052023-01-022023-02-022023-01-022023-02-022023-03-022023-04-022023-05-022023-06-022023-07-022023-08-022023-09-022023-10-022023-11-022023-12-022024-01-022024-02-022024-03-022024-04-022024-05-022024-06-022024-07-022024-08-022024-09-022024-10-022024-11-022024-12-022025-01-022025-02-022025-03-022025-04-022025-05-022025-06-022025-07-022025-08-022025-09-022025-10-022025-11-022025-12-02(三)存儲(chǔ)領(lǐng)域以三巨頭為主,長(zhǎng)存&長(zhǎng)鑫奮起直追DRAM市場(chǎng)由三星、海力士、海光占據(jù)主要份額。根據(jù)Counterpoint,2025年第二38%HBM5%。HBM市場(chǎng)SK海力士一家獨(dú)大。根據(jù)Counterpoint,2025年第二季度SK海力士以64%的份主導(dǎo)DRAM場(chǎng)三星子對(duì)出減,今上年份出下降。圖15:近年單季度DRAM市占率變化 圖16:近年單季度市占率變化Counterpoint Counterpoint三星與海力士占Ci232%的市場(chǎng)份額保持領(lǐng)先地位,而SK海力士則錄得最大增幅;由于對(duì)蘋果高度依賴,Kioxia的份額在季節(jié)性影響下降至14%;中國廠商YMTC的收入份額達(dá)到9%,接近 兩位。 圖17:近年單季度NAND市占率變化CounterpointMemoryMarketoverview2025Update(JosephineMemoryDRAM市場(chǎng):中國占比26%(250億美元),僅次于美洲(約占35%)。NAND市場(chǎng):中國占比33%($220億美元),高于DRAM占比。圖18:2024年全球DRAM市場(chǎng)分布 圖19:2024年全球NAND市場(chǎng)分布《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau)
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau)根據(jù)《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),三星和Hynix在中國銷售最高,CXMT和YMTC幾乎100%依賴中國市場(chǎng)。對(duì)比中國市場(chǎng)與中國廠商的市占率,中國廠商的市占率還有較大的上升空間。DRAM市場(chǎng):中國占比26%,而中國廠商CXMT(長(zhǎng)鑫存儲(chǔ))只占5%(Counterpoint數(shù)據(jù)),還有5倍的空間。NAND只占 倍空。 圖20:2024年全球與中國區(qū)存儲(chǔ)主要廠商究中心
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),廣發(fā)證券發(fā)展研MemoryMarketoverview2025Update(JosephineDRAM和NAND45%(SK),中國占24%16%10%4%2%。圖21:2024年DRAM和NAND生產(chǎn)和供應(yīng)地分布情況究中心
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),廣發(fā)證券發(fā)展研根據(jù)《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),2020到2024年存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)在NAND和DRAM上的資本開支變化很明顯:三星一直保持領(lǐng)先,2024年投入接近250億美元,穩(wěn)居全球第一;SK海力士緊隨其后,2024年的支出相比之前有小幅收縮;美光較為穩(wěn)定,大部分時(shí)間位于三星與SK海力士之后;CXMT和YMTC2024年加大投入(尤其是CXMT增加明顯),展現(xiàn)了中國廠商在存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)上加速追趕的勢(shì)頭。全球存儲(chǔ)投資格局依然是韓美領(lǐng)跑,但中國廠商正迎頭趕上。圖22:近年主要廠商存儲(chǔ)資本開支情況究中心
《MemoryMarketoverview2025Update》(JosephineLau),廣發(fā)證券發(fā)展研根據(jù)《2025DRAMMarket–TightSupplyPersists》(AvrilWu),三星DRAM總產(chǎn)能680K/月,TSV占120K/月;SK海力士總產(chǎn)能655K/月,TSV占170K/月;美光(Micron)總產(chǎn)能500K/月,TSV占150K/月;長(zhǎng)鑫(CXMT)產(chǎn)能300K/月,擴(kuò)產(chǎn)幅度最大的廠商。DRAM總產(chǎn)能增長(zhǎng),2024年底全球DRAM月均產(chǎn)能約1800K,2025年底預(yù)計(jì)約1920K,屬于小幅增長(zhǎng);TSV技術(shù)占比提升,TSV(硅通孔,HBM等高端DRAM的核心封裝技術(shù))在全球DRAM容量中的占比2024年底約15%,2025年底預(yù)計(jì)升至19%。圖23:2025年DRAM市場(chǎng)展望《2025DRAMMarket–TightSupplyPersists》(AvrilWu),廣發(fā)證券發(fā)展研究中心DRAM的方面,MemoryTechnologyTrends&Outlook-DRAM&NAND》(JeongdongSKCELL對(duì)比,三星/(從工藝(TopPlateMterials),TIN230nm的TiN54nm的W95nmTiN上鍍100nmW88nmSiGe(CapDielectricDetected)ZrO/HfAlZrO/HfZrO/AIO;在金屬布線層上,三星為6層(1層鎢、4層銅、1層鋁)+重分布層(RDL),SK海力士為5(117(241層鋁)+(RDL)圖24:三星&SK海力士&美光DRAMD1b參數(shù)對(duì)比《MemoryTechnologyTrends&OutooK-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),MemoryTechnologyTrends&OutlookDRAM&NAND(Jeongdong三大廠商)D1b53%-55%4m(5m2m,D1材料/結(jié)構(gòu)上,長(zhǎng)鑫G4的柵極材料、電容電介質(zhì)已采用與國際廠商類似的復(fù)合結(jié)構(gòu),技術(shù)路線逐步接軌。圖25:CXMTG4產(chǎn)品參數(shù)情況《MemoryTechnologyTrends&OutooK-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),NAND方面,根據(jù)《MemoryTechnologyTrends&Outlook-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),整體體現(xiàn)了層數(shù)越高,位密度整體越高,長(zhǎng)江存儲(chǔ)(YMTC)依托Xtacking技術(shù)(從Xtacking4.0到Xtacking4.X),層數(shù)從160L(對(duì)應(yīng)512GbTLC芯片)提升至267L(對(duì)應(yīng)1TbTLC芯片),位密度從約7.09Gb/mm2升至約15.69Gb/mm2,體現(xiàn)了長(zhǎng)江存儲(chǔ)在制程不占優(yōu)勢(shì)的背景下,仍然能靠技術(shù)創(chuàng)新逐步拉近與國際廠商的差距;1TbTLC接近27+先其他廠商(三星、鎧俠、SK海力士等)也呈現(xiàn)了層數(shù)增加→位密度提升的趨勢(shì),早期低層數(shù)產(chǎn)品位密度較低,隨著堆疊層數(shù)突破200層,位密度普遍升至15Gb/mm2以上,先進(jìn)的水平已經(jīng)達(dá)到25Gb/mm2以上。圖26:近年主要廠商3DNAND位密度變化趨勢(shì)《MemoryTechnologyTrends&OutooK-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),根據(jù)《MemoryTechnologyTrends&Outlook-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),3DNAND最小垂直柵極間距(Min.VerticalGatePitch)顯示出了隨堆疊層數(shù)變化的逐漸縮小的趨勢(shì),三星間距優(yōu)化幅度最大,從早期(低層數(shù))的約68nm,隨層數(shù)增加降至約43nm,后期間距在主流廠商中處于較低水平(工藝更密集);鎧俠的柵極距離穩(wěn)定下降,從約65nm降至約44nm,已經(jīng)接近三星的水平;SK海力士從約55nm降至約46nm,間距優(yōu)化幅度較明顯,離三星的距離有所縮?。幻拦庠缙陂g距約50nm,隨層數(shù)增加持續(xù)縮小,后期工藝密集度進(jìn)一步提升,達(dá)到約45nm;長(zhǎng)江存儲(chǔ)隨層數(shù)提升,間距從約58nm逐步降至約46nm,接近行業(yè)主流水平。圖27:3DNAND最小垂直柵極間距(Min.VerticalGatePitch)趨勢(shì)圖《MemoryTechnologyTrends&OutooK-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),MemoryTechnologyTrends&OutlookDRAM&NAND(Jeongdong2014年VND((5層數(shù)演進(jìn),預(yù)計(jì)在2025-2026年采用混合鍵合;鎧俠從早期低層數(shù)產(chǎn)品升級(jí)到218L76L232LXi1(520194xL/>10xx36L升級(jí)到375L4DPUC各主流廠商(包括長(zhǎng)江存儲(chǔ))均計(jì)劃在2025年前后大規(guī)模采用混合鍵合,推動(dòng)3DNAND向更高容量、更高性能的方向發(fā)展,而長(zhǎng)江存儲(chǔ)憑借自研的Xtacking架構(gòu)較早的引入了混合鍵合。圖28:NAND引入混合鍵合的情況《MemoryTechnologyTrends&OutooK-DRAM&NAND》(JeongdongChoe),從市場(chǎng)規(guī)模來看,中國的市場(chǎng)占比和中國廠商的市占率存在明顯差距,長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)和長(zhǎng)江存儲(chǔ)均有較大的市場(chǎng)拓展空間;從技術(shù)來看,中國廠商由于制程上的差異,距離世界主流廠商還有一定差距,但是各家通過努力追趕世界先進(jìn)水平,與世界先進(jìn)水平的差距進(jìn)一步縮小。二、存儲(chǔ)工藝:驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)芯片技術(shù)不斷前進(jìn)(一)DRAM:依靠電容存儲(chǔ)信息的臨時(shí)中轉(zhuǎn)站DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是一種計(jì)算機(jī)組件,處理器在其中快速存儲(chǔ)每秒進(jìn)行數(shù)十億次計(jì)算所需的信息。典型的DRAM芯片有三個(gè)主要區(qū)域:電池陣列,單個(gè)比特存儲(chǔ)在微小的電容器中;邏輯區(qū)或核心區(qū),感測(cè)放大器和字線解碼器等設(shè)備在此幫助確定如何從單元陣列中獲取數(shù)據(jù);外圍設(shè)備,構(gòu)成進(jìn)出DRAM芯片的通信鏈路。為了DRAM的性能提高,上述三個(gè)區(qū)域都要進(jìn)行微縮,最大限度地提高電容器中可存儲(chǔ)的電荷量、減少感應(yīng)放大器的變化以及降低電路布線造成的功率損耗。圖29:DRAM結(jié)構(gòu)示意圖AMAT在DRAM中,隨著極板間距減小,電容器可儲(chǔ)存的電荷量隨之增加,介電材料的選擇亦可提升電荷存儲(chǔ)量,High-K介電材料能夠使得儲(chǔ)存更多電荷,常見的材料包括Ta2O5、HfO2、ZrO2、TiO2。圖30:High-K材料的應(yīng)用逐步增加《IntroductiontoMemory》(美光)單元陣列微縮。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的DRAM單元陣列是芯片最大的部分,增加性能必須縮小電池電容器和晶體管的尺寸,這樣可以縮小柵極和位線間距,即采用更薄的電容+縮小的有源區(qū)。高寬比電容的制造難度更高,而且高寬比結(jié)構(gòu)的刻蝕精度更難控制,可以采用新硬掩模材料來提升刻蝕過程的穩(wěn)定性;同時(shí)通過實(shí)時(shí)測(cè)量調(diào)整刻蝕參數(shù),減少缺陷。有源區(qū)縮小后,驅(qū)動(dòng)電流降低會(huì)影響DRAM讀寫速度,產(chǎn)品一致性也更具挑戰(zhàn),可以用SAQP(自對(duì)準(zhǔn)四重曝光)或EUV結(jié)合高寬比刻蝕實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的有源區(qū)圖案;同時(shí)盡量減少氧化導(dǎo)致的硅損失、減少離子注入的損傷。圖31:?jiǎn)卧嚵兴媾R的挑戰(zhàn)和解決方式AMAT外圍邏輯器件微縮。DRAM單元中的數(shù)據(jù)由外圍邏輯器件管理,外圍電路主要包括高速邏輯晶體管和連接DRAM各部分的布線,保持DRAM單元中存儲(chǔ)的信息的完整性,就必須最大限度地提高通向該電路的信號(hào)。對(duì)于外圍電路,當(dāng)前電介質(zhì)采用TEOS介電材料(TetraethylOrthosilicate(正硅酸四乙酯),制備二氧化硅(SiO?)薄膜的前驅(qū)體,通過CVD工藝,TEOS可形成均勻的SiO?絕緣薄膜),互連用銅,晶體管柵極結(jié)構(gòu)是多晶硅/氮氧化硅(Poly/SiON),未來將電介質(zhì)升級(jí)為低介電常數(shù)材料+先進(jìn)銅阻擋層,晶體管柵極替換為高K金屬柵(HKMG),在適配外圍電路縮小需求的同時(shí),同時(shí)維持性能。圖32:外圍邏輯器件微縮面臨的挑戰(zhàn)和解決方案AMATDRAM堆棧。為了提供人工智能應(yīng)用所需的大量?jī)?nèi)存,將DRAM采用3D堆疊的方式做成HBM,背后的密度和帶寬是通過先進(jìn)的3D封裝實(shí)現(xiàn)的。圖33:DRAM堆棧(HBM)AMAT垂直微縮—3DDRAM。3DDRAM是指在垂直方向上存儲(chǔ)比特的架構(gòu),類似于3DNAND(后文會(huì)提及);但是DRAM的速度幾乎是NAND的1000倍,它是通過使用高遷移率硅襯底作為形成通道的起始材料來實(shí)現(xiàn)這一速度的,DRAM的高速度還來自于電荷可以快速進(jìn)出電容器。隨著DRAM向垂直方向擴(kuò)展,需要?jiǎng)?chuàng)新材料來實(shí)現(xiàn)高遷移率和超低缺陷溝道。圖34:未來DRAM也將走向3DAMATDRAM的發(fā)展方向。根據(jù)TEL25年發(fā)布的《OpportunitiesinFrontendProcessBusinessandActivitiesinDigitalxGreen2023-20241b節(jié)點(diǎn),逐步推進(jìn)到20350e節(jié)點(diǎn),每1-2存儲(chǔ)單元布局/結(jié)構(gòu),(1b~1d)采用2D6F2()4F2VCT(),后期(0c~0e節(jié)點(diǎn))架構(gòu)(1xxL/1yyL),突破2D結(jié)構(gòu)的物理尺寸限制,實(shí)現(xiàn)更高密度;從核心參數(shù)來13~12.5nm39~37.5nm電容的高寬比將從現(xiàn)在的>50提升至>80;電容材料,從ZrAlHfO過渡到HfZrO/反TiN降低信號(hào)傳輸電阻,提升讀寫速度;外圍CMOS從HKMG演進(jìn)到FinFET結(jié)構(gòu),增強(qiáng)外圍控制電路的性能與集成度。圖35:DRAM發(fā)展路線圖TEL(二)HBM:專為AI而生的高速公路為了提供人工智能應(yīng)用所需的大量?jī)?nèi)存,芯片制造商已轉(zhuǎn)向高帶寬內(nèi)存(HBM)--DRAM。HBM制造流程需要許多關(guān)鍵的材料工程步驟,包括在晶圓的正面和背面形成互連支柱和硅通孔(TSV);除TSV外,微凸塊支柱對(duì)HBM堆棧的電氣和熱性能也至關(guān)重要;HBM加工面臨的另一個(gè)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是堆疊非常薄的晶粒,這可能會(huì)受到晶粒翹曲和彎曲的阻礙。圖36:HBM結(jié)構(gòu)示意圖AMATHBM的一個(gè)關(guān)鍵步驟是硅通孔(TSV)——用于連接堆疊芯片的垂直導(dǎo)線。HBM需要大約19個(gè)增量材料工程步驟,晶圓前側(cè)需要10個(gè)HBM步驟來形成前端互連柱和TSVTSV并形成圖37:HBM涉及到的工藝AMAT(三)NAND:長(zhǎng)期儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的選擇3DNAND是一種非易失性閃存,其單元垂直堆疊,以提高存儲(chǔ)密度。3DNAND單元有多個(gè)組件:通道核心SiO:存儲(chǔ)單元的核心支撐結(jié)構(gòu),維持單元的垂直形態(tài);隧道氧化層(Tunneloxide):極薄的氧化層,是電荷注入與提取的通道(寫入數(shù)據(jù)時(shí),電荷穿過此層進(jìn)入電荷陷阱層;擦除時(shí),電荷從此層導(dǎo)出);電荷陷阱層SiN(ChargetrapSiN):存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的核心區(qū)域,通過是否存儲(chǔ)電荷來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)(如存電荷為1、無電荷為0);阻擋氧化層(Blockingoxide):防止電荷陷阱層的電荷泄漏,保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定性;AIO/TiN/W(控制柵/字線,Controlgate/Wordline):這些是控制柵的材料層,字線用于選中特定的存儲(chǔ)單元,控制其讀寫操作。圖38:3DNAND構(gòu)成示意圖AMAT橫向微縮。之"橫向微縮的另一個(gè)方向是外圍CMOSCMOS(CMOSunder主要優(yōu)點(diǎn)是制造成本和產(chǎn)量損失較低,但是CuA中的CMOS結(jié)必須在單元形成之前CuACMOS(CMOSoverArray,CoA)CMOS圖39:3DNAND橫向微縮面臨的挑戰(zhàn)和解決方式AMAT3DNAND微縮的第二種方法是垂直方向微縮。需要增加更多的線對(duì),但隨著高度和長(zhǎng)寬比的增加,成本效益也會(huì)降低。在堆疊高度相同的情況下,縮小每一對(duì)的厚度可以增加堆疊層數(shù)。但隨著堆疊高度的縮小,在更換柵極工藝中去除硝酸硅并用金屬填充空間的難度也會(huì)逐漸增加。由于增加了對(duì)數(shù),因此需要更厚的硬掩膜沉積和刻蝕來進(jìn)行后處理。但是較厚的硬掩膜會(huì)增加整體堆疊高度,從而導(dǎo)致較高的縱橫比,可以選擇選擇性更強(qiáng)、應(yīng)力更低的硬掩膜,從而使硬掩膜更薄。階梯形成后,刻蝕的區(qū)域必須填充電介質(zhì)薄膜,可以采用等離子體增強(qiáng)高縱橫比工藝,這種薄膜的沉積速率極高,應(yīng)力可調(diào),與其它替代工藝相比,其加工后的收縮率也最低。3DNAND鎢(W)會(huì)被掐斷,從而在內(nèi)部滯留腐蝕性氣體,這可能會(huì)在之后損壞模具的大部分部件。其次,這些金屬在生長(zhǎng)過程中通常會(huì)產(chǎn)生較高的拉伸應(yīng)力,從而導(dǎo)致晶圓變形,并使鄰近的精細(xì)特征出現(xiàn)裂紋??梢圆捎媒涌p抑制鎢技術(shù),該工藝包括一個(gè)成核和處理步驟,可抑制薄膜在頂部生長(zhǎng),從而實(shí)現(xiàn)更均勻、無縫的自下而上填充。圖40:3DNAND垂直微縮面臨的挑戰(zhàn)和解決方式AMAT3DNAND的發(fā)展方向。根據(jù)TEL25年發(fā)布的《OpportunitiesinFrontendProcessBusinessandActivitiesinDigitalxGreen》,3DNAND的容量提升核心依賴垂直堆疊層數(shù)增加:20242035);垂直層級(jí)(Tier):從2-3層逐步增加到7-10層,垂直結(jié)構(gòu)的分組優(yōu)化;垂直間距(Verticalpitch):從39-45nm持續(xù)縮小至33-37nm,更小間距支撐更多層堆疊;存儲(chǔ)高度(Memoryheight):從12-14μm增長(zhǎng)到70-84μm。對(duì)于核心結(jié)構(gòu)與材料的迭代:電荷陷阱(Chargetrap):從連續(xù)CT→CT隔離,逐步提升電荷存儲(chǔ)的穩(wěn)定性與密度;通道(Channel):從多晶硅晶粒CIP→金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶(MILC1/MIC2),優(yōu)化通道導(dǎo)電性與均勻性,降低讀寫延遲;字線金屬(WLmetal):從鎢(W)/鉬(Mo)過渡到以Mo為主,核心是降低字線電阻、提升信號(hào)傳輸速度;存儲(chǔ)孔密度(holesbtw.Slits):每狹縫間的存儲(chǔ)孔數(shù)量從14-20增至>36,大幅提升存儲(chǔ)陣列的面積密度。布局/結(jié)構(gòu)(Layout/Structure):從陣列下(Underarray)逐步轉(zhuǎn)向鍵合(Bonding)/多鍵合(MultiBonding),依賴晶W2W等先進(jìn)封裝技術(shù),支撐超高層堆疊;外圍CMOS(Peri.CMOS):從多晶硅柵升級(jí)為高k金屬柵(HKMG),提升外圍控制電路的性能與集成度。整體來看,3DNAND以堆疊層數(shù)爆炸式增長(zhǎng)為核心,配套結(jié)構(gòu)、材料、封裝技術(shù)的升級(jí),推動(dòng)3DNAND向更大容量、更高密度、更優(yōu)性能演進(jìn);同時(shí),還會(huì)有鐵電/反鐵電NAND(Fe/ReNAND)等新的存儲(chǔ)技術(shù)。圖41:3DNAND發(fā)展路線圖TEL三、存儲(chǔ)設(shè)備:推進(jìn)工藝進(jìn)步的主要抓手國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備廠商積極研發(fā),助力中國存儲(chǔ)廠商不斷突破。國內(nèi)的半導(dǎo)體廠商主要分為三類,一種為專門致力于半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)的龍頭公司,以北方華創(chuàng)、中微公司、拓荊科技為代表;一種為其他行業(yè)跨界而來并取得不錯(cuò)成果的公司,比如從光伏公司跨界而來的微導(dǎo)納米、邁為公司等為主要代表;一種為后道封裝段的設(shè)備公司,以長(zhǎng)川科技、華峰測(cè)控、精智達(dá)等測(cè)試機(jī)設(shè)備公司為主。我們認(rèn)為,在先進(jìn)制程設(shè)備國內(nèi)無法獲得的背景下,國內(nèi)的設(shè)備廠商將于下游晶圓廠一道推動(dòng)中國半導(dǎo)體行業(yè)尤其是先進(jìn)制程的發(fā)展。公司 主要半導(dǎo)體設(shè)備布局及進(jìn)展表1:國內(nèi)主要(部分)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)布局情況公司 主要半導(dǎo)體設(shè)備布局及進(jìn)展北方華創(chuàng)
刻蝕設(shè)備:ICP、CCPBevel2025年50系列布局。202565熱處理設(shè)備:已形成了立式爐和快速熱處理設(shè)備(RTP)的全系列布局。2025年上半年,公司熱處理設(shè)備收入超10億元人民幣;濕法設(shè)備:已形成了單片設(shè)備、槽式設(shè)備全面布局。20255幣;離子注入設(shè)備:2025年3月北方華創(chuàng)正式宣布進(jìn)軍離子注入設(shè)備市場(chǎng),并發(fā)布多款12英寸離子注入設(shè)備;裝涂膠顯影機(jī)、化合物小尺寸涂膠顯影機(jī)等;鍵合設(shè)備:控股子公司芯源微是國內(nèi)臨時(shí)鍵合設(shè)備的領(lǐng)先廠商,主要產(chǎn)品包括臨時(shí)鍵合機(jī)、解鍵合機(jī)等。CCPCCP刻蝕:雙反應(yīng)臺(tái)刻蝕產(chǎn)品憑借獨(dú)特設(shè)計(jì),為成熟和先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的客戶提供了均衡的解決方案,持續(xù)獲得批量202533002025年上半年累計(jì)裝機(jī)接近1200個(gè)反應(yīng)臺(tái);ICP刻蝕:涵蓋邏輯、DRAM、3DNAND50多個(gè)客戶的生產(chǎn)線ICP2025年上半年,ICP1200個(gè)反應(yīng)臺(tái)MOCVD:公司用于藍(lán)光照明的PRISMOA7、用于深紫外LED的PRISMOHiT3、用于Mini-LED顯示的PRISMO中微公司UniMax等產(chǎn)品持續(xù)服務(wù)客戶,公司持續(xù)保持國際氮化鎵基MOCVD設(shè)備市場(chǎng)領(lǐng)先地位;薄膜沉積:已開發(fā)出六款薄膜沉積產(chǎn)品并推向市場(chǎng)。公司鎢系列薄膜沉積產(chǎn)品:CVD(化學(xué)氣相沉積)鎢設(shè)備,HAR(高深寬比原子層沉積金屬柵系列產(chǎn)品:ALD氮化鈦,ALD鈦鋁,ALD氮化鉭產(chǎn)品,已完成多個(gè)先進(jìn)邏輯客戶設(shè)備驗(yàn)證;凈化設(shè)備:中微惠創(chuàng)與德國DAS環(huán)境專家有限公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議后,雙方秉承協(xié)議內(nèi)容按計(jì)劃實(shí)施,在半導(dǎo)體行業(yè)尾氣處理設(shè)備領(lǐng)域展開緊密的合作,目前已經(jīng)生產(chǎn)制造的凈化設(shè)備順利地應(yīng)用在各個(gè)客戶端。拓荊科技
PECVD(SiO2SiNTEOS、SiON、SiOC、FSG、BPSG、PSG等)和先進(jìn)介質(zhì)薄膜材料(包括ACHM、LoK-Ⅰ、LoK-Ⅱ、ADC-Ⅰ、ADC-Ⅱ、HTN、a-Si、Stack等)均廣泛應(yīng)用于國內(nèi)集成電路制造產(chǎn)線;UVPECVDPECVDHTNLok-、Lok-Ⅱ工藝)均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,報(bào)告期內(nèi)持續(xù)獲得客戶的訂單、出貨,擴(kuò)大量產(chǎn)應(yīng)用規(guī)模;PE-ALD:SiO2SiNSiCO(ap-fill(Spacer(Liner公司 主要半導(dǎo)體設(shè)備布局及進(jìn)展公司 主要半導(dǎo)體設(shè)備布局及進(jìn)展(續(xù))
Thermal-ALD:已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。報(bào)告期內(nèi),公司Thermal-ALDTiN持續(xù)獲得客戶訂單,出貨量不斷擴(kuò)大,目前已覆蓋先進(jìn)邏輯、先進(jìn)封裝客戶,驗(yàn)證進(jìn)展順利。Thermal-ALDAl2O3、AlN等工藝設(shè)備在不同客戶端驗(yàn)證進(jìn)展順利,此外,公司持續(xù)穩(wěn)步拓展Thermal-ALD其他薄膜工藝,擴(kuò)大金屬及金屬化合物等先進(jìn)薄膜材料應(yīng)用;SACVD:持續(xù)保持產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),持續(xù)獲得客戶訂單并出貨,進(jìn)一步擴(kuò)大量產(chǎn)應(yīng)用規(guī)模,同時(shí),推出的等離子體增強(qiáng)SAF薄膜工藝設(shè)備在客戶端驗(yàn)證進(jìn)展順利,關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到客戶要求;HDPCVD:HDPCVDUSGFSGSTI薄膜工藝設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,并持續(xù)擴(kuò)大量產(chǎn)規(guī)模;Flowable
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