SK海力士设想600层3DNAND和基于EUV的DRAM

周一，SK 海力士的高管在 IEEE 国际可靠性物理研讨会 (IRPS) 上发表了主题演讲， 分享了 他们对公司中期和长期技术目标的看法。SK 海力士相信，通过将层数增加到 600 多个，可以继续增加其 3D NAND 芯片的容量。此外，该公司有信心借助极紫外 (EUV) 光刻技术将 DRAM 技术扩展到 10 纳米以下。最终，SK 海力士希望将内存和逻辑融合到一个设备中，以应对新兴的工作负载。

SK海力士首席执行官Seok-Hee Lee表示：“我们正在改进DRAM和NAND各个领域技术演进的材料和设计结构，并逐步解决可靠性问题。” “如果平台在此基础上创新成功，未来有可能实现10nm以下的DRAM工艺，堆叠600层以上的NAND。”

3D NAND 的未来：600 层和计数

3D NAND 在性能和可扩展性方面已被证明是一种非常高效的架构，因此 SK 海力士将在未来几年继续使用它。早在 2020 年 12 月，SK 海力士就推出了具有 1.60 Gbps 接口的 176 层“4D”3D NAND 存储器。该公司已经开始向 SSD 控制器制造商提供 512Gb 176 层芯片的样品，因此预计 2022 年有时会推出基于新型 3D NAND 存储器的驱动器。

就在几年前，该公司还认为它可以将 3D NAND 扩展到约 500 层，但现在它有信心在长期的未来将其扩展到 600 层以上。通过增加层数，SK 海力士(以及其他 3D NAND 生产商)将不得不继续制造更薄的层、更小的 NAND 单元并引入新的介电材料以保持均匀的电荷，从而保持可靠性。该公司已经是原子层沉积领域的领先者之一，因此其下一个目标之一是实施高纵横比 (A/R) 接触 (HARC) 蚀刻技术。此外，对于 600 多个层，它可能需要学习如何串叠多个晶圆。

SK 海力士甚至没有暗示业界何时应该期待具有超过 600 层的 3D NAND 设备以及如此惊人的层数将带来什么容量。凭借其 176 层技术，SK 海力士正在寻找 1Tb 产品，因此每台设备 600 层的容量将更加令人印象深刻。

DRAM 的未来：低于 10 nm 的 EUV

与三星半导体不同，与美光科技不同的是，SK 海力士认为，采用 EUV 光刻技术是保持 DRAM 性能提高，同时提高存储芯片容量并控制其功耗的最直接方法。对于 DDR5，该公司将不得不推出容量超过 16Gb 且数据传输速率高达 6400 GT/s(最初)的存储设备，这些设备将堆叠在一起以构建大容量 DRAM 芯片。

由于未来的内存产品必须兼具高性能、高容量和有限的功耗，先进的制造技术将变得更加重要。为了成功实施 EUV，SK 海力士正在开发用于稳定 EUV 图案化和缺陷管理的新材料和光刻胶。此外，该公司正在考虑通过使用由高介电常数材料制成的更薄的电介质来创新电池结构，同时保持其电容。

值得注意的是，SK海力士现在也在寻找降低“互连金属”电阻的方法，这表明DRAM晶体管的尺寸已经变得如此之小，以至于它们的触点即将成为瓶颈。使用 EUV，晶体管将缩小尺寸、提高性能并降低功耗，因此接触电阻确实会成为 10nm 或以下某个地方的瓶颈。逻辑生产商以不同的方式解决了这个问题：英特尔决定使用钴代替钨，而台积电和三星代工厂改用选择性钨沉积工艺。SK海力士没有详细说明其对抗接触电阻的方法，只是表示正在寻求“下一代电极和绝缘材料并引入新工艺”。

融合处理和内存

除了使 DRAM 更快并提高其容量之外，SK 海力士还期待将内存和处理融合在一起。如今，用于超级计算机的尖端处理器使用高带宽内存 (HBM)，通过内插器连接到它们。SK 海力士将这个概念称为 PNM(Processing Near Memory)。SK 海力士声称下一步是 PIM(内存中处理)，处理器和内存存在于单个封装中，而最终该公司正在研究 CIM(内存中计算)，其中 CPU 和内存被集成到一个单模。

在很大程度上，SK 海力士的 CIM 概念类似于 今年 2 月推出的三星 PIM(内存处理)概念 ，并将成为 JEDEC 定义的工业标准。三星的 HBM-PIM 将 32 个以 300 MHz 运行的支持 FP16 的可编程计算单元 (PCU) 嵌入到 4Gb 内存芯片中。PCU 可以使用传统的内存命令进行控制并执行一些基本计算。三星声称其 HBM-PIM 内存已经在领先的 AI 解决方案提供商的 AI 加速器中进行试验，该技术确实对 AI 和其他不需要高精度的工作负载很有意义，但受益于简单的内核数量可以使用 DRAM 制造工艺制造。

目前尚不清楚 SK 海力士的 CIM 是否会按照三星即将推出的 JEDEC 标准实施，或者 SK 海力士将采用专有技术。但至少世界上最大的 DRAM 制造商对融合内存和逻辑设备有类似的看法。

融合逻辑和内存对于小众应用程序很有意义。同时，还有更多常见的应用程序可以从内存、存储和处理的更紧密集成中受益。为此，SK 海力士正在为包含处理 IP、DRAM、NAND、微机电系统 (MEMS)、射频识别 (RFID) 和各种传感器的紧密集成封装开发异构计算互连技术。同样，该公司在这里没有提供很多细节。

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