《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 模拟设计 > 设计应用 > DRAM研究现状与发展方向
DRAM研究现状与发展方向
电子技术应用
牛君怡1,孙锴1,2
1.中国科学院大学 集成电路学院;2.中国科学院微电子研究所
摘要: 动态随机存取存储器(DRAM)因其高存储密度和成本效益,在现代大规模计算机和超高速通信系统中得到广泛应用。主要介绍动态DRAM的发展历程、关键技术、国内外研究进展以及未来发展方向。首先,介绍了DRAM的分类、基本单元结构、工作原理。其次,详细介绍了DDR SDRAM的关键性能指标以及专用DRAM的发展。然后,介绍了提高DRAM访问速度、容量与密度的创新DRAM架构和技术,以及无电容存储单元结构、3D堆叠DRAM技术以及Rowhammer安全问题及其防御机制。最后,展望了DRAM技术的未来发展方向,阐述了为了应对日益增长的高速、低功耗和高可靠性的存储需求,对现有DRAM技术的进行深入研究和创新的重要性。
中图分类号:TP333.8 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245701
中文引用格式: 牛君怡,孙锴. DRAM研究现状与发展方向[J]. 电子技术应用,2024,50(12):21-30.
英文引用格式: Niu Junyi,Sun Kai. Research status and development direction of DRAM[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(12):21-30.
Research status and development direction of DRAM
Niu Junyi1,Sun Kai1,2
1.School of Integrated Circuits, University of Chinese Academy of Sciences; 2.Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences
Abstract: Dynamic Random Access Memory (DRAM) is widely used in modern large-scale computers and ultra high speed communication systems due to its high storage density and cost-effectiveness. This article mainly introduces the development history, key technologies, domestic and international research progress, and future development directions of dynamic DRAM. Firstly, the classification, basic unit structure, and working principle of DRAM are introduced. Secondly, the key performance indicators of DDR SDRAM and the development of dedicated DRAM are introduced in detail. Then, innovative DRAM architectures and technologies that improve DRAM access speed, capacity, and density are introduced, as well as capacitor free storage cell structures, 3D stacked DRAM technology, and Rowhammer security issues and defense mechanisms. Finally, the future development direction of DRAM technology is discussed, and the importance of in-depth research and innovation on existing DRAM technology is emphasized to meet the growing demand for high-speed, low-power, and high reliability storage.
Key words : DRAM;non capacitive storage unit;3D DRAM;Rowhammer;2T0C DRAM

引言

动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)是现代计算机系统中广泛使用的一种存储器类型。DRAM因其高存储密度和较低成本的优点,应用于各种计算和电子设备中。

DRAM的基本单元由一个晶体管和一个电容组成,晶体管则用来访问和控制数据的读取和写入。字线用来控制晶体管的开关,位线用来感知电容上的电荷来进行读取操作。然而,由于电容漏电,DRAM需要定期刷新以保持数据的完整性,这是与静态随机存储器(Static Random Access Memory, SRAM)的主要区别。DRAM的存储容量由其存储单元的数量决定,而访问速度则取决于存储单元的排列方式和访问机制。在现代DRAM中,存储单元通常以矩阵形式排列,通过行地址和列地址来定位特定的存储单元。

在过去的几十年中,每个芯片的存储单元数量呈指数增长。存储单元的缩放一直是实现存储密度快速增加的主要策略[1],由于DRAM存储单元结构简单,这种出色的可扩展性使其在存储器市场上获得了长期的成功。尤其是受数据中心领域的需求影响,预计2032年市场规模将达到1 939.7亿美元[2]。

目前主流DRAM产品目前处在10~20 nm工艺制造的阶段,由于DRAM制程工艺进入20 nm以后,制造难度越来越高,因此内存芯片制造厂商对工艺的定义不再是具体的尺寸,而是以1x(第一代)、1y(第二代)、1z(第三代)、1a(第四代)、1b(第五代)来定义,每一代的DRAM产品都向着10 nm的技术节点靠近。目前,世界上领跑DRAM市场的三大厂商(三星、美光和海力士)都已经商业化基于1a和1b技术节点的DRAM产品。而国内DRAM厂商代表长鑫存储于2023年11月28日发布基于18.5 nm(相当于1x技术节点)工艺的LPDDR5产品,成为国内首家自主研发LPDDR5的公司。

DRAM单元的缩放也带来了许多的问题。如果不在结构、材料、工艺等方面进行重大创新,DRAM的密度提升将很快遇到瓶颈,不再能够满足像人工智能、计算机等应用对高速、密集存储器的要求。

本文通过总结DRAM近五年的一些研究成果,探讨DRAM技术的发展历程,分析当前面临的挑战,展望未来的发展方向。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006243


作者信息:

牛君怡1,孙锴1,2

(1.中国科学院大学 集成电路学院,北京 101408;

2.中国科学院微电子研究所,北京 100029)


Magazine.Subscription.jpg

此内容为AET网站原创,未经授权禁止转载。