用VLT技術改變DRAM產業(yè)格局

半導體嵌入式非易失性存儲器（eNVM）知識產權（IP）產品提供商Kilopass Technology， Inc.近日宣布，推出其革命性的垂直分層晶閘管（Vertical Layered Thyristor， VLT）技術，進而顛覆全球DRAM市場。VLT存儲單元在2015年已通過驗證，目前一款新的完整存儲器測試芯片正處于早期測試階段。Kilopass一直致力于推廣這項技術，并正與DRAM制造商進行許可協(xié)商。VLT是一種什么技術？它為何可以顛覆全球DRAM市場？Kilopass首席執(zhí)行官Charlie Cheng進行了很好的詮釋。

Charlie Cheng

VLT的前世今生

“Kilopass以一次性可編程（OTP）存儲器技術的領導者而聞名，我很高興我們能夠為DRAM市場帶來新的革新?！盞ilopass首席執(zhí)行官Charlie Cheng說，“我們的VLT技術是一項真正具有顛覆性的技術，運用它我們的被授權商能夠迅速高效地為市場提供與JEDEC標準完全兼容的DRAM產品，這些產品在功耗和成本上將具有顯著優(yōu)勢，同時也免去了現有DRAM制造流程中構建電容的困擾?！?/p>

垂直分層晶閘管（VLT）是基于晶閘管（thyristor）技術的一種存儲結構。Charlie Cheng說，該結構在電學上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管，從而形成了鎖存，由于鎖存的形成，這種結構非常適合數據存儲，與當前基于電容的DRAM技術相比，晶閘管內存不需要刷新。Kilopass的VLT技術通過垂直方式實現了晶閘管存儲單元結構，從而滿足了DRAM的各項要求，它消除了對DRAM刷新的需求，且與現有的工藝技術兼容，還提供更多的優(yōu)點，包括更低的功耗、更佳的面積效率和兼容性。

晶閘管是一種結構復雜的電子器件，在電學上等效于一對交叉耦合的雙極型晶體管。Charlie Cheng進一步解釋道，由于鎖存的形成，這種結構非常適合存儲器，與當前基于電容的DRAM相比，晶閘管內存不需要刷新。晶閘管于20世紀50年代被發(fā)明，之前人們曾屢次嘗試將其應用于SRAM市場，但都未能成功。

Kilopass的VLT通過垂直方式實現晶閘管架構，從而使存儲單元更加緊湊。Charlie Cheng說，緊湊的結構加上所需的物理器件，構造出制造工藝簡單的交叉點內存，這將帶來一項與DDR標準兼容，并且比當前頂尖的20納米DRAM制造成本低45%的新技術。此外，因為VLT不需要復雜且高功耗的刷新周期，基于VLT的DDR4 DRAM將待機功耗降低了10倍，可降低到50fA/bit以下，且仍將性能提高15%。最為關鍵的是，VLT避開了傳統(tǒng)DRAM制造中最大的挑戰(zhàn)，即溝電容的制造，從而規(guī)避了相關的專利沖突，這一點具有很重要的戰(zhàn)略意義。

VLT存儲單元的運行和器件測試已于2015年完成，測試結果與器件仿真系統(tǒng)TCAD具有優(yōu)異的關聯(lián)性。Charlie Cheng透漏，一塊完整的內存測試芯片已于5月份成功流片，早期芯片測試正在進行當中?，F在已可以向數量有限的特許受讓人提供VLT DRAM技術，用于20nm到31nm工藝技術節(jié)點。Kilopass已使用其突破性的TCAD模擬器，在所有的半導體制造工藝細節(jié)上對這兩個節(jié)點進行了詳盡的模擬，新一代10nm技術的驗證有望在2017年完成。

把脈行業(yè)發(fā)展

巨大的全球DDR（SDRAM）存儲器市場在總產值為3，500億美元的全球半導體市場中占據了超過500億美元的份額，使其成為政府為促進國內半導體產業(yè)發(fā)展而推出的推動措施中，最重要的產品類別之一。就中國而言，國務院于2014年6月頒布了《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》，要實現其中集成電路行業(yè)產值從2015年3，500億人民幣以年均20%的增速達到2020年約8，700億人民幣這一目標，DRAM產業(yè)的增長顯得至關重要。

然而，DR A M市場已經十分成熟，且由三星（Samsung）、海力士（SK Hynix）和美光（Micron）三家企業(yè)共同占有超過90%的市場份額。現有DRAM的最關鍵技術是電容存儲單元，它不僅帶來了特有的制造挑戰(zhàn)，還被大量專利所保護。為了進入DRAM市場，后發(fā)的中國廠商必須利用創(chuàng)新的替代方案，以推動競爭升級，爭取實現差異化。Charlie Cheng認為，VLT技術則代表了這樣的一種可能性。

服務器/云計算市場中的需求正推動著總銷售額達500億美元的DRAM市場，因為移動電話和平板電腦增長緩慢，計算資源正在加速向云計算遷移。在2015年發(fā)布的一項報告中，IC Insights預測從2014年到2019年間的DRAM市場復合年均增長率（CAGR）為9%，該數據表明DRAM市場的增長速度快于整個芯片市場的增長。

服務器和大型服務器集群消耗了大量的能量，存儲器也成為了這種能耗的一個主要貢獻者。在理想的狀態(tài)下，目前這一代20納米DRAM應當遷移到20納米以下的工藝，以提供更低的功耗。

但當前DRAM技術的存儲單元基于1個晶體管搭配一個電容器（1T1C）。這種存儲單元尺寸很難進一步縮小。因為較小的晶體管帶來更多的漏電流，且較小的電容器結構擁有更少的電容量，這將導致兩次刷新之間的間隔時間必須縮短。由于刷新周期頻率的加快，16Gb DDR DRAM中高達20%的原始帶寬將丟失，這給多核/多線程服務器中的CPU帶來負擔，使CPU必須擠壓每一點兒性能來保持系統(tǒng)競爭力。

DRAM行業(yè)正處于如何在提高存儲器性能的同時降低功耗的技術困境之中，采用當前的1T1C技術面臨著物理學原理上的嚴峻挑戰(zhàn)。Charlie Cheng表示，突破這種困境就需要一種全新的DRAM技術和架構，Kilopass的VLT技術為該問題提供了一種切實可行的解決方案。他還告訴記者，全新的VLT DRAM架構同時于2016年10月12日到13日在“中國集成電路設計業(yè)2016年會暨長沙集成電路產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上進行了展出。

（本刊記者/游健）

相關鏈接：Charlie Cheng于2008年加入Kilopass擔任首席執(zhí)行官（CEO），在半導體知識產權（IP）界有15年的行業(yè)經驗。在加入Kilopass之前，Charlie在智原科技（Faraday Technology）擔任負責市場營銷和國際業(yè)務的副總裁，他在此間幫助這家以臺灣地區(qū)為中心的公司走向了國際化。在此之前，Charlie曾是Lexra Inc.的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官，該公司是一家提供嵌入式RISC CPU知識產權（IP）的公司。Charlie在通用電氣和IBM公司開啟了自己的職業(yè)生涯，并作為Aspec Technology的市場營銷副總裁而開拓了半導體IP業(yè)務。他還曾在艾美加（Iomega）、Zycad和Viewlogic等公司擔任過技術和管理職位。Charlie畢業(yè)于美國康奈爾大學，擁有計算機科學與機械工程學士學位。