在先進製程陷入沼澤之後，3D DRAM成為了業界的共識。傳統的DRAM 中，電晶體整合在一個平面上。而在3D DRAM中，電晶體堆疊成多層，從而使電晶體分散。採用3D DRAM結構可以加寬電晶體之間的間隙，減少漏電流和乾擾。 3D DRAM技術打破了記憶體技術的傳統範式。這是一種新穎的儲存方法，將儲存單元堆疊在邏輯單元之上，從而在單位晶片面積內實現更高的容量。

先前，半導體觀察曾在文章《DRAM，加速走向3D》中，我們對3D DRAM有了廣泛的報道，包括各大廠商的佈局。最近，三星更是詳細揭露了該公司的3D DRAM規劃。在筆者看來，這是決定三星DRAM未來的關鍵一戰。

VCT DRAM，16層3D DRAM

根據韓媒ZDnet報導，三星電子正在努力開發作為下一代DRAM而備受關注的VCT（垂直通道電晶體）DRAM和3D DRAM。 VCT DRAM 計劃於明年完成初始產品開發，3D DRAM 正在實施將單元堆疊至16 層的計畫。

三星電子副社長日前在「國際記憶體研討會（IMW）2024」活動上談到了該公司的下一代DRAM技術時表示：「超大規模人工智慧和按需人工智慧等產業發展需要大量的記憶體處理能力”，他同時補充說：“另一方面，現有DRAM 的微處理技術是有限的。

具有新單元結構的DRAM可大致分為「4FSquare（4F²）VCT DRAM」和「3D DRAM」。

一個DRAM 單元由一個電晶體和一個電容器組成。電晶體是一種用於電氣開關和電壓放大的裝置。它由源極、閘極和汲極按順序組成，取決於電流流動的方向。位於汲極上方的電容器是暫時儲存電荷的裝置。

為了操作該單元，以棋盤形式佈置向閘極端子施加電壓的位元線(WL)和向漏極端子施加電壓的位元線(BL)。

早期DRAM的單元結構是由4條位線和2條字線組成的8F正方形。然後，從80奈米DRAM開始，應用6F方形（3條位線，2條字線）。隨著單元面積的減小，DRAM 整合度和效能可以提高。

為了進階到4F Square，Cell結構必須發生重大變化。現有的DRAM具有水平排列的電晶體，但為了實現4F Square，需要VCT結構將它們垂直排列。

Lee副總裁解釋說：“許多公司正在努力過渡到4F Square VCT DRAM，”他補充道，“但是，要實現這一目標，必須優先開發氧化物通道材料和鐵電體等新材料。”

垂直通道電晶體(VCT：vertical channel transistor) 可以是一種FinFET，其中導電通道被薄矽「鰭片」包裹，形成元件主體。 VCT 也可以是環柵(GAA) 電晶體，其中閘極材料從所有側包圍導電通道。

通常，DRAM 採用3D 電晶體與實現4F^2 單元設計相關，就製造成本而言，4F^2 單元設計被認為是有史以來最高效的儲存單元佈局之一。領先的晶圓製造工具製造商Tokyo Electron預計，採用VCT 和4F^2 單元設計的DRAM 將在2027 年至2028 年開始出現。該公司認為，製造基於VCT 的DRAM；記憶體製造商將不得不採用新材料來製造電容器和位元線。

在分析師看來，4F Square 設計將利用垂直堆疊將DRAM 單元尺寸比當今標準6F Square DRAM 單元結構減小約30%。 4F Square 除了水平更加緊湊之外，還將比其前代產品變得更加節能，但需要極高的製造精度、更好的生產材料以及進一步的研究以使其可擴展和大規模生產。

三星的4F Square 製程將於2025 年進行內部發布。垂直DRAM 堆疊（如4F Square 和最終真正的3D DRAM）是DRAM 容量增加和效率創新的下一步。十多年來，業界一直致力於這個方向，但特別受到3D NAND商業和功能成功的推動，3D NAND 的原理與NAND 快閃記憶體類似。

三星於2013 年首次向市場推出的3D NAND（三星稱之為V-NAND）將成為3D DRAM 的靈感來源，但也有一個重大問題。NAND快閃記憶體是一種被動供電技術，因此它可以在斷電時保存數據，就像手機即使在斷電時也可以儲存檔案一樣。

這種非揮發性記憶體與DRAM有很大不同，DRAM是易失性記憶體，只有在通電的情況下才能保存資料。 DRAM 的易失性使其比NAND 更快、更可靠，但也使得堆疊DRAM 層比堆疊NAND 困難得多，因為更多的功率和資料必須能夠在堆疊層上上下移動。

為此三星方面表示，三星電子也正在開發3D DRAM，目標在2030年實現商業化。 3D DRAM 是一種透過垂直放置位線或字線來垂直堆疊單元的技術。除了新材料之外，DRAM中還必須引入晶圓鍵合（W2W）技術，即直接將晶圓與晶圓連接起來的技術。

三星副總裁表示，“目前開發3D DRAM的主要記憶體公司正在研究將單元堆疊至約16層的應用可能性”，並補充道，“據我所知，美國競爭對手也在嘗試8層堆疊。”

三星的關鍵一役

在筆者看來，對於三星而言，在3D DRAM上能否取得成功，是決定他們未來能否力挽狂瀾的關鍵。

根據數據顯示，去年第四季度，三星電子在DRAM市場上佔有45.5%的份額，拉大了與第二名SK海力士和第三名美光的市佔率差距，證明了其在DRAM市場的優勢。然而，正如大家平時所看到，HBM需求的激增，讓SK Hynix找到了超車的機會，這家千禧年老二的逆襲。

根據TrendForce預測，整個產業到2024年，HBM將佔DRAM收入的20.1%，是2023年HBM 8.4%收入份額的兩倍多。其中，SK 海力士目前佔據HBM 市場約50% 的份額。 SK Hynix同時也和台積電攜手，在鞏固其HBM市場。

由此可見，如果按照這個增長力道往下走，SK Hynix的增長，進一步威脅三星是板上釘釘的事實，這也促使了三星做出了轉變。

近日，三星任命副董事長Jun Young-hyun為DS （Device Solutions）部門新任執行長。即將離任的部門負責人Kyung Kye-hyun 被任命為未來業務規劃負責人。從形式上看，這是一場洗牌。因為據消息人士稱，Kyung 已經辭職是為了對最近的事態發展承擔責任，因為數據顯示，該部門名為設備解決方案（DS）部門，去年錄得15 萬億韓元的運營虧損，是有史以來最差的業績。

對於DS 部門的大多數人來說，他的繼任者由於時間安排而感到震驚。

相關報導指出，新任主管Jun 在LG 半導體開始了他的職業生涯，並於2000 年加入三星的記憶體業務。他曾擔任DRAM 和NAND 的開發主管，並負責該業務部門的策略行銷。他於2014 年成為記憶體業務負責人，並領導該部門直到2017 年被調任為三星SDI 執行長。今年早些時候，他被任命為未來業務規劃主管。

其實在這次任命以前，三星DS部門過去一年曾有零星的低階主管職位改組。去年7 月，DS 部門為三星代工任命了一位新的DRAM 開發主管和一位新的技術長。才過了五個月，CTO就在12月再次更換。這些任命被視為領導階層對DS 部門的警告。現在連執行長也換了。

依照韓媒theelec報道，引導三星這波變動，罪魁禍首可能就是HBM。

據報道，三星在HBM2E 之前的HBM 市場中處於領先地位。然而，它在HBM3 領域的市佔率被SK Hynix 奪走。根據市場追蹤機構TrendForce的數據，去年SK海力士佔據HBM 53%的市場份額，其次是三星，佔38%。美光控制了9%。 SK Hynix 的客戶有NVIDIA，而三星的客戶有AMD、Amazon Web Services 和Rebellion。

另一個原因是三星在晶片技術成熟度方面不再領先。該公司在傳統記憶體晶片方面始終領先一代以上。這使得它能夠比競爭對手先推出新產品並更快地降低成本。但這個差距也已經縮小。

例如，美光在2021 年領先三星推出了10 奈米(nm) 1a DRAM。在1b DRAM 方面，三星與兩個競爭對手持平。過去，科技巨頭在科技方面領先至少一年或一年半。這導致三星去年宣布減少產量。儘管三星執行董事長李在鎔先前表示該公司不會降低產量。

在代工或代工晶片生產方面，三星已被台積電鎖定為亞軍。 TrendForce表示，第四季台積電的市佔率為61.2%，而三星則為11.3%。

The elec指出，三星最重要的目標是透過NVIDIA 對HBM 的品質測試。消息人士稱，三星的8 堆疊HBM3E 尚未獲得GPU 製造商的批准。英偉達是目前最大的人工智慧晶片製造商，因此三星必須確保其成為客戶。一位知情人士表示，Kyung 是NAND 專家，Jun 是DRAM 專家，Jun 的首要任務將是提升公司的HBM 能力。

當然，新管理層的第二個任務是為晶圓廠爭取一個大客戶。三星尚未獲得7 個奈米及以下節點先進節點的有意義的客戶。英特爾再次加入代工市場，這家美國晶片製造商已經在與三星在該領域的合作夥伴聯繫。

在SK海力士有拉開之勢的同時，美光也緊跟在後，大舉發力。再考慮到中國國內同行的火力全開。對三星而言，這場仗看起來不會輕鬆。