三星电子公布半导体技术路线图

三星电子公布半导体技术路线图 三星电子12日在美国硅谷举行“2024年三星代工论坛”，公布半导体技术战略。2027年将引入尖端晶圆代工技术，推出两种新工艺节点，加强跨越人工智能芯片研发、代工生产、组装全流程的人工智能芯片生产“一站式”服务。三星电子正通过封装晶圆代工非内存半导体和高带宽内存 (HBM) 的集成人工智能解决方案致力于研制高性能、低能耗的人工智能芯片产品。据此，与现有工艺相比，从研发到生产的耗时可缩减约20%。 （摘抄部分）

三星在美国设立实验室 开发新一代3D DRAM

三星在美国设立实验室 开发新一代3D DRAM 去年10月，三星电子透露，其正在为10纳米以下的DRAM准备新的3D结构，允许更大的单芯片容量，可以超过100千兆位。三星电子于2013年在业界首次成功实现了3D垂直NAND闪存的商用化。 ... PC版： 手机版：

DRAM，走向3D

DRAM，走向3D 早前的DRAM可以满足业界需求，但随着摩尔定律推进速度放缓，DRAM技术工艺也逐渐步入了瓶颈期。从技术角度上看，随着晶体管尺寸越来越小，芯片上集成的晶体管就越多，这意味着一片芯片能实现更高的内存容量。目前DRAM芯片工艺已经突破到了10nm级别。虽然10nm还不是DRAM的最后极限，但多年来随着DRAM制程节点不断缩小，工艺完整性、成本、电容器漏电和干扰、传感裕度等方面的挑战愈发明显，要在更小的空间内实现稳定的电荷存储和读写操作变得日益困难。据Tech Insights分析，通过增高电容器减小面积以提高位密度（即进一步减小单位存储单元面积）的方法即将变得不可行。上图显示，半导体行业预计能够在单位存储单元面积达到约10.4E-4µm2前（也就是大约2025年）维持2D DRAM架构。之后，空间不足将成为问题，这将提升对垂直架构，也就是3D DRAM的需求。另一方面，随着数据量爆炸性增长，尤其是云计算、人工智能、大数据分析等领域对高速、大容量、低延迟内存的需求持续攀升，市场对更高密度、更低功耗、更大带宽的DRAM产品有着强烈需求。在市场需求和技术创新的驱动下，3D DRAM成为了业界迫切想突破DRAM工艺更高极限的新路径。3D DRAM，迎来新进展传统的内存单元数组与内存逻辑电路分占两侧的2D DRAM存储相比，3D DRAM是一种将存储单元（Cell）堆叠至逻辑单元上方的新型存储方式，从而可以在单位晶圆面积上实现更高的容量。采用3D DRAM结构可以加宽晶体管之间的间隙，减少漏电流和干扰。3D DRAM技术打破了内存技术的传统范式。这是一种新颖的存储方法，将存储单元堆叠在逻辑单元之上，从而在单位芯片面积内实现更高的容量。3D DRAM的优势不仅在于容量大，其数据访问速度也快。传统的DRAM在读取和写入数据时需要经过复杂的操作流程，而3D DRAM可以直接通过垂直堆叠的存储单元读取和写入数据，极大地提高了访问速度。此外，3D DRAM还具有低功耗、高可靠性等特点，使其在各种应用场景中都具有显著优势。十多年来，业界一直致力于这个方向，特别是受到3D NAND商业和功能成功的推动。迄今为止，许多3D DRAM概念已经提出并申请了专利，一些主要DRAM厂商正在进行晶圆级测试。3D DRAM技术的专利族趋势，2009年- 2023年预测走势图能看到，自2019年以来，美国申请的专利数量急剧增加，这或许意味着3D DRAM正在迎来新的进展。行业主要厂商正在逐渐加大对3D DRAM技术的开发投入，并且通过专利保护的方式为未来的市场竞争和技术主导权做准备。这种策略反映出3D DRAM技术的战略重要性和潜在的巨大商业价值。厂商，竞逐3D DRAM三星电子雄心勃勃，加速3D DRAM商业化自2019年以来，三星电子一直在进行3D DRAM的研究，并于同年10月宣布了业界首个12层3D-TSV技术。2021年，三星在其DS部门内建立了下一代工艺开发研究团队，专注3D DRAM领域研究。2022年，三星准备通过逻辑堆叠芯片SAINT-D解决DRAM堆叠问题，该设计旨在将8个HBM3芯片集成在一个巨大的中介层芯片上。图源：三星官网2023年5月，三星电子在其半导体研究中心内组建了一个开发团队，大规模生产4F2结构DRAM。由于DRAM单元尺寸已达到极限，三星想将4F2应用于10nm级工艺或更先进制程的DRAM。据报道，如果三星的4F2 DRAM存储单元结构研究成功，在不改变制程的情况下，裸片面积可比现有6F2 DRAM存储单元减少约30%。同年10月，三星电子宣布计划在下一代10nm或更低的DRAM中引入新的3D结构，旨在克服3D垂直结构缩小芯片面积的限制并提高性能，将一颗芯片的容量增加100G以上。今年早些时候，三星电子还在美国硅谷开设了一个新的R&D研究实验室，专注于下一代3D DRAM芯片的开发。能看到，三星电子聚焦3D DRAM市场，一直在开发新技术。在近日举行的Memcon 2024上，三星电子再次公布了其关于3D DRAM开发的雄心勃勃计划，并明确表示将在2030年前实现这一技术的商业化。图源 Semiconductor Engineering三星电子副社长李时宇在会上详细介绍了4F2 Square VCT DRAM及3D DRAM的研发进展，显示出三星在紧凑型高密度内存领域的领先地位。4F2 Square VCT DRAM是一种基于VCT（垂直沟道晶体管）技术的紧凑型DRAM设计。上文提到，4F2 Square VCT DRAM通过垂直堆叠技术，将DRAM单元尺寸比现有的6F2 Square DRAM减少约30%，在提高能效的同时大幅降低了单元面积。然而，实现这一技术并非易事。三星指出，4F2 Square VCT DRAM的开发需要极高的制造精度和更优质的生产材料，还需要解决新材料的应用问题，如氧化沟道材料和铁电体的研发。相较于在DRAM单元结构上向z方向发展的VCT DRAM，三星电子还聚焦在VS-CAT（Vertical Stacked-Cell Array Transistor，垂直堆叠单元阵列晶体管）DRAM上，该技术类似3D NAND一样堆叠多层DRAM。除通过堆叠提升容量外，VS-CAT DRAM 还能降低电流干扰。三星电子预计其将采用存储单元和外围逻辑单元分离的双晶圆结构，因为延续传统的单晶圆设计会带来严重的面积开销。在分别完成存储单元晶圆和逻辑单元晶圆的生产后，需要进行晶圆对晶圆（W2W）混合键合，才能得到 VS-CAT DRAM成品。据悉，目前三星电子已在内部实现了16层堆叠的VS-CAT DRAM。三星电子还在会议上探讨了将BSPDN背面供电技术用于3D DRAM内存的可能性，认为该技术有助于于未来对单个内存bank的精细供电调节。尽管东京电子预测VCT DRAM的商用化要到2027年才能实现，但三星内部对3D DRAM的商业化充满信心，计划在2025年内部发布4F2 Square工艺，并逐步推进3D DRAM的研发，预计在2030年之前推出市场。SK海力士：聚焦3D DRAM新一代沟道材料SK海力士也在积极研发3D DRAM。SK海力士表示，3D DRAM可以解决带宽和延迟方面的挑战，并已在2021年开始研究。据韩媒Business Korea去年的报道，SK海力士提出了将IGZO作为3D DRAM的新一代沟道材料。IGZO是由铟、镓、氧化锌组成的金属氧化物材料，大致分为非晶质IGZO和晶化IGZO。其中，晶化IGZO是一种物理、化学稳定的材料，在半导体工艺过程中可保持均匀的结构，SK海力士研究的正是这种材料，其最大优势是其低待机功耗，这种特点适合要求长续航时间的DRAM芯晶体管，改善DRAM的刷新特性。据透露，SK海力士将会在今年披露3D DRAM电气特性的相关细节，到时候公司将会明确3D DRAM的发展方向。美光：专利数量遥遥领先3D DRAM领域的技术竞争正在加剧。据TechInsights称，美光在2019年就开始了3D DRAM的研究工作。截止2022年8月，美光已获得了30多项3D DRAM专利。相比之下，美光专利数量是三星和SK海力士这两家韩国芯片制造商的两三倍。在2022年9月接受采访的时候，美光公司确认正在探索3D DARM的方案。美光表示，3D DRAM正在被讨论作为继续扩展DRAM的下一步。为了实现3D DRAM，整个行业都在积极研究，从制造设备的开发、先进的ALD、选择性气相沉积、选择性蚀刻，再到架构的讨论。美光的3D DRAM方案，网上并没有看到太多介绍。不过据Yole强调，美光提交了与三星电子不同的3D DRAM专利申请。美光的方法是在不放置Cell的情况下改变晶体管和电容器的形状。除此以外，Applied Materials和Lam Research等全球半导体设备制造商也开始开发与3D DRAM相关的解决方案。NEO：推出3D X-DRAM技术除了存储三巨头之外，还有行业相关公司也在进行3D DRAM的开发。例如，美国存储器技术公司NEO Semiconductor推出了一种名为3D X-DRAM的技术，旨在克服DRAM的容量限制。3D X-DRAM的单元阵列结构类似于3D NAND Flash，采用了FBC（无电容器浮体单元）技术，它可以通过添加层掩模形成垂直结构，从而实现高良率、低成本和显著的密度提升。图源：NE... PC版： 手机版：

三星电子展示下一代3D DRAM技术 发布时间预计是2025年后

三星电子展示下一代3D DRAM技术 发布时间预计是2025年后 根据在网络上曝光的内部演示幻灯片，DRAM 行业正在向 10 纳米以下的压缩线迈进。为了打破现代 DRAM 技术创新的僵局，三星计划推出两种新方法，即垂直通道晶体管和堆叠式 DRAM，这两种方法都涉及元件定位的差异，最终会减少器件面积的占用，从而确保更高的性能。同样，为了提高内存容量，三星计划利用堆叠 DRAM 概念，使公司能够实现更高的存储空间比，从而在未来将芯片容量提高到可能的 100 GB。据预测，到 2028 年，3D DRAM 市场将增长到 1000 亿美元。从目前来看，三星的发展相对较早，这可能意味着这家韩国巨头在未来将引领 DRAM 行业的发展。 ... PC版： 手机版：

三星为下一代3D DRAM做准备 堆叠16层大幅提升容量

三星为下一代3D DRAM做准备 堆叠16层大幅提升容量 在韩国首尔举行的 2024 年国际内存研讨会（IMW）上，三星电子副总裁Lee Si-woo展示了新的 3D DRAM 技术，称随着市场的快速发展，尤其是人工智能领域，对先进 DRAM 技术的需求比以往任何时候都更加迫切。在 3D DRAM 架构的基础上，三星通过 DRAM 集成和性能的大幅提升，成功地大幅缩小了单元面积。图片来源：Samsung / Memcon三星/Memcon新的工艺采用了著名的"4F Square"单元结构，但 DRAM 晶体管是垂直安装的，这就是所谓的 VCT（垂直通道晶体管）技术。通过结合 4F Square 和 VCT 来改变单元结构，三星的目标是堆叠尽可能多的单元层，并以 16 层为目标，该公司很可能见证巨大的内存容量和性能提升。由于人工智能的炒作和消费者的需求，DRAM 市场出现了潜在的经济好转，看到市场上出现这样的发展令人兴奋，因为这不仅会带来创新，还会增加市场竞争，最终有利于普通消费者。不过，3D DRAM 目前仍是一个概念，三星自己也表示，该标准涉及复杂的制造技术，导致生产价格高昂。 ... PC版： 手机版：

三星最新芯片路线图：工艺、封装和存储

三星最新芯片路线图：工艺、封装和存储 三星在此次活动中发布的重点是其 SF2Z 工艺节点的路线图。其中，“SF”代表三星代工厂，“2”代表 2nm 级，Z 代表背面供电。SF2Z 将是集成该代 Gate-All-Around 技术（三星称之为 MBCFET）的节点，然后是 BSPDN，以提高性能和能效。在本文，我们将会深入讨论一些细节，但这里的关键日期是 2027 年三星预计将在 SF2Z 时进行量产。这将是在该公司量产许多其他 SF2 级节点之后。SF1.4，也就是更早的节点，也将于 2027 年开始风险生产。三星代工厂：扩张鉴于《CHIPS法案》资金将流向三星，确定三星设施所在地至关重要。三星的大部分传统和前沿技术都位于韩国，分布在三个城市：器兴，6号线，65nm-350nm：传感器，电源IC器兴，S1 线，8nm：智能手机、数据中心、汽车华城，S3线，3nm-10nm平泽 S5 线 1 期 + 2 期平泽S5号线三期建设中三星在美国也有两个工厂：奥斯汀（德克萨斯州），S2 线，14nm-65nm：智能手机、数据中心、汽车泰勒（德克萨斯州），宣布新建 4 座晶圆厂，可容纳 10 座。将包括 SF2、SF4、FDSOI、封装三星目前的封装设施位于韩国，但同时也拥有全球 OSAT 合作伙伴的巨大影响力。泰勒的扩张计划将成为该公司在韩国境外进行的最大规模扩张，计划为任何美国企业提供现场全面运营，而无需借助亚洲。制造技术路线图与其他代工厂一样，三星依靠一系列主要的系列工艺节点，从中衍生出许多变体。在这种情况下，主节点是 SF4 和 SF2。SF4 系列：FinFET2021：SF4E（E = Early）2022 年：SF42023 年：SF4P（P = Performance, for Smartphone）2024 年：SF4X（X = Extreme, for HPC/AI）2025 年：SF4A、SF4U（Automotive, U = Ultr）三星的 SF4 仍然是 FinFET 节点，事实证明，在智能手机芯片组和大量想要尖端技术的 AI 初创公司中，它非常受欢迎。SF4P 主要针对智能手机领域，泄漏比 SF4 低，而 SF4X 则是大多数 AI 和 HPC 用户最终会选择的产品。对于任何在 2024/2025 年寻找中端 GPU 的人来说，如果它们采用三星制造，那么 SF4X 是您的最佳选择。由于汽车节点要求更高，三星通常会推出其技术的汽车专用版本，这就是 SF4A 的作用所在。SF4U，虽然被称为 Ultra，但旨在成为 SF4P 的更高价值版本，展示了针对智能手机芯片组制造商的更高端战略，这些制造商希望获得节点改进的好处，但同时又具有略微更大的余量和有效生产。SF2 系列：MCBFET (GAA)2022 年：SF3E2024 年：SF32025 年：SF22026 年：SF2P、SF2X2027 年：SF2A、SF2Z所以这可能会有点令人困惑。三星代工厂宣布，它是第一个使用 SF3E 节点生产 GAA 技术的公司恰当地命名为“early”。据我们所知，虽然自 2022 年以来已投入量产，但它纯粹是一个内部节点，旨在帮助开发该技术。英特尔直到 2025 年的 20A/18A 节点才会推出 GAA，而台积电也在考虑在类似的时间范围内推出 N2。这两家公司都希望迅速将其推向市场，而不是像三星那样提前发布公告。SF3 是第二代 GAA，已于 2024 年投入量产。这可能会有所回升，但第三代 SF2 将大力向客户推销。关注三星的用户可能会注意到，命名方案中从 SF3 到 SF2 的转变有点奇怪 - 这实际上意味着三星已将其 SF3P 及以后的系列更名为 SF2，可能更符合三星竞争对手使用的命名。争论的焦点一如既往地是竞争对齐，但真正的客户确实知道性能如何，无论节点名称如何。2026 年，我们将看到智能手机 (SF2P) 和 GAA 的 AI/HPC 变体 (SF2X) 的大规模生产，在这里，我们将非常密切地遵循 SF4 系列的战略。2027 年，我们将获得该汽车变体，但 SF2Z 将 BSPDN 带到了谈判桌上。从活动中的讨论来看，2027 年对于 SF2Z 来说是一个大规模生产日期，而不仅仅是风险生产的理想日期。这意味着 SF2Z 的风险生产将于 2026 年底或 2027 年初开始，首先在韩国，然后在适当的时候转移到美国。值得注意的是，三星预计 GAA 功率改进的节奏将比 FinFET 更快 - 幻灯片中的一张显示平面晶体管功率（14nm 之前）每年趋势为 0.8 倍，而在 FinFET 期间趋势为 0.85 倍/年。三星预计 GAA 将通过 GAA / MCBFET 将这些改进恢复到每年 0.8 倍。内存路线图三星热衷于强调其在内存生态系统中的地位主要是作为第一大供应商。该公司展示了其自 1992 年以来一直占据 DRAM 第一的位置，目前市场份额为 41%；自 2002 年以来一直占据 NAND 第一的位置，目前市场份额为 32%；自 2006 年以来一直占据 SSD 第一的位置，目前市场份额为 37%。三星将市场视为金字塔。Tier 1: SRAMTier 2: LLCTier 3: HBM3E / HBM4Tier 4: LPDDR6 / LPDDR5X-PIM / LPCAMMTier 5: CMM-D (C)Tier 6: PBSD / CXL-H (C)我发现这本身就很有趣，因为它展示了三星正在研究的一些即将推出的技术。我们知道内存标准会随着时间的推移而改进，例如从 HBM3 到 HBM4，或者从 LPDDR5 到 LPDDR6，但这里显示三星正在通过其 LPDDR5X 产品线实现内存处理。内存处理是三星多年来一直在谈论的事情，最初专注于 HBM 堆栈，并与 AMD Xilinx FPGA 或定制芯片配置合作使用。它即将出现在 LPDDR5X 的变体上，这一事实意义重大，特别是如果这意味着在中长期内节省电力对 AI 有好处的话。同样在第 4 层上的还有 LPCAMM。最后两个层都是关于内存和存储扩展的，尤其是即将推出的 CXL 标准。然而，大多数人关注的焦点是 HBM 方面。三星透露了一些数据和时间表：2022 年：8-Hi 堆栈 HBM3，速度达 900 GB/秒2024：12-Hi 堆栈 HBM3E，速度为 1178 GB/秒2026：16-Hi 堆栈 HBM4，速度为 2048 GB/秒2028年：HBM4E关于HBM4，三星还透露了很多信息。芯片密度：24 GB容量：48GB/cube数据宽度：2048 位（高于 1024 位）引脚速度：6 Gbps/引脚（低于 8 Gbps/引脚）堆叠高度：720 微米（无变化）键合：铜-铜混合键合（从以前的方法更新）基本芯片：包括缓冲器、从平面 FET 到 FinFET 的过渡三星将 HBM4 列为以 70% 的面积和一半的功率提供 200% 的速度。但这并不是故事的结束，因为三星希望定制 HBM 成为最高性能硬件的标准。这意味着包含逻辑和缓冲区的基本芯片将由客户根据其性能配置文件要求进行单独配置。这意味着相同的 HBM4 可以进行读取优化，或支持更多内存加密模式。与更前沿的基本芯片相结合，目标是提取性能并提高效率，这是 AI 人群的两个标志，它们将以无与伦比的方式使用 HBM4。封装至少从我过去的角度来看，三星一直没有大力推广的领域之一是封装业务。虽然其他代工厂都在推广 CoWoS 和 EMIB/Foveros，但即使没有营销名称来概括，也很难说出三星的封装能力是什么。尽管如此，三星确实参与了先进封装，既用于智能手机，也用于 AI 加速器。在智能手机领域，路线图如下所示，其中列出了各自的热阻比（thermal resistance ratios）：2016 年：I-POP、1x TR2018年：FOPLP，TR为0.85倍2023 年：FOWLOP，0.85 倍 TR2025 年：FOPKG-SIP，0.65 倍 TR在人工智能方面，三星制定了以下人工智能芯片的路线图。目前：2.5D interposer、6 个 HBM3、80 GB 容量、带宽为 3.35 TB/秒2024：2.5D interposer+、八个 HBM3E、192 GB 容量、带宽为 6.6 TB/秒2026 年：2.xD 采用 RDL+Si Bridges，8-12 HBM4，576 GB 容量，带宽为 30.7 TB/秒2027 年：2.xD+3D、逻辑/逻辑和逻辑/内存。16-24 HBM4E，带宽为 70.5 TB/秒最后一个没有列出容量，但我们谈论的是结合 2.5D 和 3D 功能 - 本质上是将多个 AI 加速器结合在一起。如果基础设计有一个计算芯片和四个 HBM3E 堆栈，这可以被视为类似于 Blackwell。但三星的想法类似于将两个 Blackwell 放在一起。当然没有提到这些 ASIC 的功耗！在 3D 集成方面，我们确实有一些关于三星何时会提供不同的底部芯片/顶部芯片支持的路线图。Bottom Die：2025 年推出 SF4X，2027 年推出 SF2PT... PC版： 手机版：