[芯聊]史上最强需求涌向DRAM…凭“3D进化”开启新局面

by Kim HyeongMin

Published 24 Jan.2026 08:03(KST)

3D重组在即的DRAM市场
存储单元结构从水平到垂直的思维转变
传统DRAM微缩遇到极限后被构想
在空间利用率、集成度、速度和能效上具备优势
结构巨变下难以直接跃迁
需先转向作为过渡阶段的4F²结构
主要半导体企业以今年推出试制品为目标
Samsung和SK正推进分阶段变革
Micron瞄准直接开发3D DRAM
中国也被看好参与，市场愈发火热

作为存储器半导体的代表产品，动态随机存取存储器（D-RAM）在迎来人工智能（AI）时代、需求激增的洪流之中，正谋求进化。通过向三维（3D）结构转变这一立体且突破性的变化，有观点认为今年有望进入新的阶段。将全球存储器市场三分天下的三星电子、SK海力士和美光同时加快相关研发步伐，被分析认为“实物亮相”的时间点也将提前。业内甚至传出声音称，最快今年之内就会出现具有重要意义的进展。三星电子和SK海力士据悉正按照“在今年推出迈向3D D-RAM之前、作为过渡阶段的4F平方（4F²）D-RAM样品”的蓝图，全力推进开发。

在样品公开之后，通往3D D-RAM的道路将更加顺畅。并且到了明年，D-RAM市场有可能以3D为起点，进入全面重组阶段。业界认为，这一变化可能成为颠覆整个存储器市场格局的事件，因为D-RAM是构建高带宽存储器（HBM）等AI时代备受瞩目的高性能存储器的基础。即便从简单假设出发，只要考虑到HBM是通过堆叠多层D-RAM制成的产品，就可以预见，待D-RAM进化为3D之后，其上构建的HBM将有望突破当前的技术瓶颈，迎来新的转折点。这样的光明前景及其重要性，近期在市场上愈发突出。由此，为了率先占据领先位置，企业之间的竞争愈演愈烈。

将存储单元结构从“水平”改为“垂直”

把D-RAM做成3D，指的是将存储单元（Cell）的排列方式从“水平”改为“垂直”。存储单元是存放数据的空间。3D D-RAM的构想源于传统D-RAM将存储单元水平排布，在制程微缩上开始显露出极限。随着AI性能不断高度化，与之相匹配的D-RAM被要求具备更强的数据存储能力，而以既有D-RAM架构已难以完全满足这一需求。随数据容量增加而必须承担的电力与能耗、发热等问题，也随之成为亟待解决的课题。

因此，业界认为，从10纳米（nm，十亿分之一米）以下节点开始，D-RAM必须发生改变。在思考如何最大限度利用并细分D-RAM内部有限空间的过程中，业界想到了“翻转”的方案，即提出让存储单元不再水平，而是垂直排列的构想。如果能够将存储单元垂直竖起，就可以更充分地利用D-RAM内部空间，同时提升数据集成度、速度以及电源效率。随着单元朝向“天空”竖立，还被认为可以规避控制这些单元的“开关”——晶体管之间的干扰等问题。不过，由于这是将结构从水平改为垂直的全面性变革，技术上难以一步跨越到3D D-RAM。各家公司在开发过程中正逐级推进。目前正尝试先将现有的6F² D-RAM转换为4F²。F²是单个存储单元所占的单位面积，因此4F²意味着一个存储单元占用2F×2F的面积，是为了在一颗芯片中塞入更多单元的高集成度技术。

三星与SK采取渐进式路径·美光主攻专利

尽管存储器行业的三大代表企业都在为实现3D D-RAM而努力，但路径却截然不同。我国企业三星电子和SK海力士正按部就班、循序渐进地迈向3D D-RAM。虽然存在细微差异，但在大方向上，都是先将D-RAM从6F²转换为4F²，随后再转向3D D-RAM。

在此过程中，据悉三星电子试图在晶体管等细节部分融入创新，形成差异化。公司正在考察可实现3D D-RAM的多种技术，并斟酌最优方案，包括垂直堆叠单元阵列晶体管（VS-CAT）、垂直通道晶体管（VCT）等。据业内消息，三星在这一过程中于2024年5月左右已成功实现将3D D-RAM堆叠至16层，曾一度引发行业关注。

SK海力士则计划通过在制造HBM时采用过的“键合”（Bonding）技术，提升3D D-RAM的完成度。2023年6月，SK海力士未来技术研究院院长（首席技术官）Cha Sunyong在日本东京举行的“IEEE VLSI研讨会”上发布了公司D-RAM技术开发路线图，并作出相关说明。他表示：“尽管有观点认为3D D-RAM的制造成本可能会随着堆叠层数成比例增加，但公司将通过技术创新克服这一问题并确保竞争力。”作为前一阶段，公司正在开发的“4F² VG平台”也计划在4F²存储单元的同时，采用将电路部分布置在单元区域下方的晶圆键合技术。

与我国企业竞争的美国美光，则宣称要跳过4F²，直接开发3D D-RAM，正为此全力以赴。作为基础，美光近期被认为在相关专利布局上投入了巨大精力。事实上，其早在5年前就已开始行动。根据市场调研机构TechInsights在2022年统计的专利情况，当时美光被确认已拥有30件以上与3D D-RAM相关的专利。

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中国也参战，“抢占先机”之争白热化

也有观点认为，随着中国参战，3D D-RAM竞争将愈加激烈。长鑫存储技术（CXMT）等生产D-RAM的中国代表性存储企业，怀着“抢先布局3D D-RAM，从技术实力上实现对三星电子和SK海力士的弯道超车”的雄心。有舆论认为，中国实现超越的可能性相对较高，其依据在于：当D-RAM进入3D阶段后，极紫外（EUV）光刻设备不再必须追求最高性能。如果一直维持原有的水平结构，刻写在D-RAM单元上的数据尺寸必须持续缩小，相应地EUV设备也必须不断高度化；但一旦通过3D转型改为垂直结构，就没有这种刚性需求。在摆脱对EUV高度依赖的环境下，有分析指出，这可能给中国提供实现“反超”的契机。盯准这一点，中国的CXMT、长江存储（YMTC）等企业正向3D D-RAM相关技术开发投入巨额资金，展现出积极姿态。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。