NAND，280層
在今年的ISSCC上，三星希望推出迄今為止數據密度最高的新型NAND 閃存。據了解，三星屆時將會分享一篇題為《A 280-Layer 1Tb 4b/cell 3D-NAND Flash Memory with a 28.5Gb/mm² Areal Density and a 3.2GB/s High-Speed IO Rate》的演講，披露其下一代V9閃存。
如標題所說，三星開發出了每單元 4 位的新一代 QLC NAND 閃存，據說其面積密度極高，達到每平方毫米 28.5 Gbit。這顯然將取代目前在這方面處于領先地位的長江存儲 (YMTC)，其 232 層 QLC NAND 容量為 19.8 Gbit/mm² 。從這個數據看來，即使是SK海力士宣布的超過300層和20.0 Gbit/mm²的高密度TLC-NAND，以及英特爾首款每單元5位和23.3 Gbit/mm²的PLC-NAND，都不記得三星新內存的密度。
根據三星2022年的一份報告，三星基本上全力投入QLC開發。隨著 TLC 閃存架構開始達到原始存儲容量的極限（就像之前的 SLC 和 MLC 一樣），QLC 代表了希望不斷突破主流消費 SSD 容量極限的 SSD 制造商的未來。它甚至可能會在未來進入企業級SSD。
V9只是三星QLC路線圖的下一步。未來幾代產品的速度應該會比 V9 更快，并且最終可以在原始性能方面與當今即將推出的 TLC 閃存架構直接競爭。
V9 的速度也不會慢，據報道，三星的 V9 QLC 的最大傳輸速率為 3.2 Gbps。這比其即將推出的僅提供 2.4 Gbps 的基于 QLC 的產品要快得多。過去，速度一直是 QLC 的一個根本問題，而三星的新款 V9 NAND 閃存表明，它已經在解決這個問題方面取得了長足的進步。V9 的速度為 3.2 Gbps（每個芯片），對于 PCIe SSD 來說應該綽綽有余。當然，它在實踐中的表現如何還有待觀察。
目前尚不清楚的是，當直接以 QLC 模式寫入時，性能會如何擴展。目前所有的 QLC SSD 都使用 pSLC 緩存，其容量高達總可用容量的 25%，性能顯著提高。根據 NAND 的不同，一旦緩存已滿，我們通常會看到寫入速度下降至 100~300 MB/s。
如果性能足夠好，三星新款基于 QLC 的閃存將于今年晚些時候上市，可能會從根本上改變消費者 SSD 格局。QLC 仍然可能無法為高性能 SSD 提供服務，例如那些支持 PCIe 5.0 傳輸速度的 SSD，但它應該非常適合較低層的 PCIe 驅動器。由于存儲密度領先近 50%，我們可以預期任何采用新型 V9 QLC 閃存的三星新硬盤都將提供具有競爭力的價值，并可能具有業內最優惠的每 GB 價格。
根據市場需求，三星甚至有可能提供容量超過 8TB 的 V9 QLC M.2 硬盤，這是目前消費類 M.2 硬盤中容量最高的。三星甚至有可能推出單面 8TB 硬盤。
近年來，三星多次強調QLC-NAND將繼續存在。到目前為止，緩慢的寫入速度一直是一個致命弱點，但這方面也應該有進步。高表面密度首先確保了一件事：降低制造成本，因為晶圓上安裝的位數越多越好。
GDDR7 VRAM：37 Gbps
GDDR（即圖形雙倍數據速率內存，最初稱為 DDR SGRAM ——double data rate synchronous graphics RAM）則是三星這次展示的另一個亮點。這項技術的最新進展是 GDDR7，三星在 2022 年技術日上首次公布了這一技術。
2023年7月，三星表示，該公司已完成業界首款圖形雙倍數據速率 7 (GDDR7) DRAM 的開發。并將在當年剩下的時間將首先安裝在重點客戶的下一代系統中進行驗證，推動圖形市場的未來增長，并進一步鞏固三星在該領域的技術領先地位。
三星表示，繼公司于 2022 年開發出業界首款 24Gbps GDDR6 DRAM 之后，該公司的 16 Gb GDDR7 產品將提供業界迄今為止最高的速度。盡管高速運行，集成電路 (IC) 設計和封裝方面的創新仍提供了更高的穩定性。
“我們的 GDDR7 DRAM 將有助于提升需要出色圖形性能的領域（例如工作站、PC 和游戲機）的用戶體驗，并有望擴展到人工智能、高性能計算 (HPC) 和汽車等未來應用。”三星電子內存產品規劃團隊執行副總裁 Yongcheol Bae 說道。“下一代圖形 DRAM 將根據行業需求推向市場，我們計劃繼續保持在該領域的領先地位。”
三星進一步指出，GDDR7 實現了令人印象深刻的 1.5 TBps 帶寬，是 GDDR6 1.1 TBps 的 1.4 倍，并且每個引腳的速度提升至高達 32 Gbps。這些增強是通過新內存標準采用的脈沖幅度調制 (PAM3) 信號方法而不是前幾代的不歸零 (NRZ) 信號方法實現的。在相同的信令周期內，PAM3 允許比 NRZ 多傳輸 50% 的數據。
值得注意的是，如三星所說，與GDDR6相比，最新設計通過針對高速運行優化的省電設計技術，能效提高了20%。對于筆記本電腦等特別注重功耗的應用，三星提供了低工作電壓選項。
為了最大限度地減少熱量產生，除了 IC 架構優化之外，三星在新一代的GDDR的封裝材料還采用了具有高導熱性的環氧模塑料 (EMC)。為此與 GDDR6 相比，這些改進使GDDR 7熱阻大幅降低了 70%，即使在高速運行的條件下也有助于穩定的產品性能。
但三星并不止步于此，在即將于2 月份在舊金山舉行的為期五天的2024 年 IEEE 國際固態電路會議上，三星將帶來新的GDDR7展示，屆時他們將帶來“A 16Gb 37 Gb/s GDDR7 DRAM with PAM3-Optimized TRX Equalization and ZQ Calibration”的論文。雖然沒有太多細節，但從標題可以看到，三星已經將GDDR 7的速度提升到了37 Gb/s 。
GDDR7 內存將利用 PAM3 和 NRZ 信號，旨在實現每個引腳高達 37 Gbps 的數據速率。它的發展涉及提高信號傳輸速率和突發大小，而無需顯著提高存儲單元的內部時鐘。這使得每個 GDDR 版本都可以提高內存總線頻率，從而提高性能。
然而，隨著頻率增加變得復雜，業界正在探索其他解決方案。例如，GDDR6X 用 PAM4 編碼取代了傳統的 NRZ 編碼，從而有效地將數據傳輸速率提高了一倍。由于波特率降低，PAM4 還顯著減少了信號損失。
然而，GDDR7 將利用 PAM3 編碼，這是 PAM4 和 NRZ 信號之間的折衷方案。這使得每個周期的數據傳輸速率比 NRZ 更高，從而減少了對更高內存總線頻率的需求。GDDR7 承諾比 GDDR6 更好的性能，以及比 GDDR6X 更低的功耗和實施成本。
由于采用 PAM3 信號而不是傳統信號方法，GDDR7 VRAM 預計不僅會在帶寬方面得到巨大改進，而且還會在功耗方面（與 GDDR6/X 的性能水平相同）帶來巨大改進。當然，充分利用 GDDR7 仍然可以看到它使用與現代 GDDR6 配置相當的功率，只是每瓦性能更高。USB4 的下一個版本預計也將采用 PAM3 信號以降低功耗。
此外，GDDR7 還提供了優化內存效率和功耗的方法。這包括四種不同的讀取時鐘模式，使其僅在需要時運行。GDDR7 內存子系統還可以并行發出兩個獨立的命令，從而優化功耗。
至于其發布，GDDR7 預計將與AMD和NVIDIA的下一代 GPU 一起發布，時間很可能在今年晚些時候。
值得一提的是，預計今年 ISSCC 上將出現兩個版本的 GDDR7 VRAM：來自 SK hynix 的低功耗 35.4 Gb/s 每引腳 GDDR7，以及來自三星的更高功率 37 Gb/s 每引腳 GDDR7。而根據 Micron 的說法，GDDR6X 每個引腳的帶寬大約為 19-24 Gigabits。
3D DRAM，提前下子
除了NAND 和GDDR，三星還公布了公司的3D DRAM布局。
3D DRAM是一種具有新結構的存儲芯片，打破了當前老化的范式。現有的DRAM產品開發側重于通過減小電路線寬來提高集成度，但隨著線寬進入10 nm范圍，電容器電流泄漏和干擾等物理限制顯著增加。為了防止這種情況發生，引入了高介電常數（高K）沉積材料和極紫外（EUV）設備等新材料和設備。但半導體行業認為，微型化制造10納米或更先進的芯片將為芯片制造商帶來巨大挑戰。
據報道，三星電子已被證實已成立新的下一代內存研發（R＆D）組織，以搶占通常被稱為“夢想內存”的3D DRAM市場。據業內人士透露，三星電子半導體（DS）部門最近在硅谷的半導體美國總部（DSA）設立了尖端存儲器研發機構。該組織由三星電子 DS 部門首席技術官 (CTO) 兼半導體研究所所長 Song Jae-hyeok 領導，致力于 3D DRAM 的開拓性研究。
3D DRAM 被譽為內存半導體行業的“游戲規則改變者”，有可能徹底改變全球 DRAM 市場格局。雖然當前的 DRAM 具有單元在單個平面上密集排列的 2D 結構，但 3D DRAM 可以通過增加同一區域的密度來顯著提高性能，無論是水平放置單元并向上堆疊，還是使用雙層的垂直方法。
三星電子憑借2013年全球率先實現3D垂直結構NAND商業化的經驗，也計劃押注DRAM領域的3D。
去年3 月 10 日，在首爾 COEX 舉行的 IEEE EDTM 2023 上，三星電子半導體研究中心副總裁兼工藝開發辦公室負責人 Lee Jong-myung 表示：“3D DRAM 被認為是半導體行業未來的增長動力。”負責SK海力士未來技術研究院的SK海力士副總裁Cha Seon-yong也在2023年3月8日表示，“到明年（2024）左右，有關3D DRAM電氣特性的細節將被公布，決定他們的發展方向。”
去年 10 月，在硅谷舉行的 2023 年三星內存技術日上，內存業務總裁 Lee Jeong-bae 宣布，“我們將率先在 10 納米以下的 DRAM 中引入 3D 垂直新結構。”他們聲稱 ，10 納米以下 DRAM 的新結構將允許單芯片容量超過 100 GB。
業內專家認為，最先開發并量產3D DRAM的公司將在下一代DRAM市場中占據領先地位，這與NAND閃存市場中的層競爭相呼應。
3D DRAM 領域的技術競爭也在加劇。據半導體技術分析公司TechInsights稱，內存半導體市場排名第三的美光正在積極準備藍海市場，到2022年8月已獲得30多項3D DRAM專利技術。相比之下，三星在3D DRAM方面僅擁有15項相關專利，SK海力士更是只有大約10項。
除了上述技術以外，HBM也是三星的重點，這也是美光和SK海力士正在大力投入的領域。
【來源：半導體行業觀察】
