用VLT技术改变DRAM产业格局

用VLT技术改变DRAM产业格局

半导体嵌入式非易失性存储器（eNVM）知识产权（IP）产品提供商Kilopass Technology， Inc.近日宣布，推出其革命性的垂直分层晶闸管（Vertical Layered Thyristor， VLT）技术，进而颠覆全球DRAM市场。VLT存储单元在2015年已通过验证，目前一款新的完整存储器测试芯片正处于早期测试阶段。Kilopass一直致力于推广这项技术，并正与DRAM制造商进行许可协商。VLT是一种什么技术？它为何可以颠覆全球DRAM市场？Kilopass首席执行官Charlie Cheng进行了很好的诠释。

Charlie Cheng

VLT的前世今生

“Kilopass以一次性可编程（OTP）存储器技术的领导者而闻名，我很高兴我们能够为DRAM市场带来新的革新。”Kilopass首席执行官Charlie Cheng说，“我们的VLT技术是一项真正具有颠覆性的技术，运用它我们的被授权商能够迅速高效地为市场提供与JEDEC标准完全兼容的DRAM产品，这些产品在功耗和成本上将具有显著优势，同时也免去了现有DRAM制造流程中构建电容的困扰。”

垂直分层晶闸管（VLT）是基于晶闸管（thyristor）技术的一种存储结构。Charlie Cheng说，该结构在电学上等效于一对交叉耦合的双极型晶体管，从而形成了锁存，由于锁存的形成，这种结构非常适合数据存储，与当前基于电容的DRAM技术相比，晶闸管内存不需要刷新。Kilopass的VLT技术通过垂直方式实现了晶闸管存储单元结构，从而满足了DRAM的各项要求，它消除了对DRAM刷新的需求，且与现有的工艺技术兼容，还提供更多的优点，包括更低的功耗、更佳的面积效率和兼容性。

晶闸管是一种结构复杂的电子器件，在电学上等效于一对交叉耦合的双极型晶体管。Charlie Cheng进一步解释道，由于锁存的形成，这种结构非常适合存储器，与当前基于电容的DRAM相比，晶闸管内存不需要刷新。晶闸管于20世纪50年代被发明，之前人们曾屡次尝试将其应用于SRAM市场，但都未能成功。

Kilopass的VLT通过垂直方式实现晶闸管架构，从而使存储单元更加紧凑。Charlie Cheng说，紧凑的结构加上所需的物理器件，构造出制造工艺简单的交叉点内存，这将带来一项与DDR标准兼容，并且比当前顶尖的20纳米DRAM制造成本低45%的新技术。此外，因为VLT不需要复杂且高功耗的刷新周期，基于VLT的DDR4 DRAM将待机功耗降低了10倍，可降低到50fA/bit以下，且仍将性能提高15%。最为关键的是，VLT避开了传统DRAM制造中最大的挑战，即沟电容的制造，从而规避了相关的专利冲突，这一点具有很重要的战略意义。

VLT存储单元的运行和器件测试已于2015年完成，测试结果与器件仿真系统TCAD具有优异的关联性。Charlie Cheng透漏，一块完整的内存测试芯片已于5月份成功流片，早期芯片测试正在进行当中。现在已可以向数量有限的特许受让人提供VLT DRAM技术，用于20nm到31nm工艺技术节点。Kilopass已使用其突破性的TCAD模拟器，在所有的半导体制造工艺细节上对这两个节点进行了详尽的模拟，新一代10nm技术的验证有望在2017年完成。

把脉行业发展

巨大的全球DDR（SDRAM）存储器市场在总产值为3，500亿美元的全球半导体市场中占据了超过500亿美元的份额，使其成为政府为促进国内半导体产业发展而推出的推动措施中，最重要的产品类别之一。就中国而言，国务院于2014年6月颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》，要实现其中集成电路行业产值从2015年3，500亿人民币以年均20%的增速达到2020年约8，700亿人民币这一目标，DRAM产业的增长显得至关重要。

然而，DR A M市场已经十分成熟，且由三星（Samsung）、海力士（SK Hynix）和美光（Micron）三家企业共同占有超过90%的市场份额。现有DRAM的最关键技术是电容存储单元，它不仅带来了特有的制造挑战，还被大量专利所保护。为了进入DRAM市场，后发的中国厂商必须利用创新的替代方案，以推动竞争升级，争取实现差异化。Charlie Cheng认为，VLT技术则代表了这样的一种可能性。

服务器/云计算市场中的需求正推动着总销售额达500亿美元的DRAM市场，因为移动电话和平板电脑增长缓慢，计算资源正在加速向云计算迁移。在2015年发布的一项报告中，IC Insights预测从2014年到2019年间的DRAM市场复合年均增长率（CAGR）为9%，该数据表明DRAM市场的增长速度快于整个芯片市场的增长。

服务器和大型服务器集群消耗了大量的能量，存储器也成为了这种能耗的一个主要贡献者。在理想的状态下，目前这一代20纳米DRAM应当迁移到20纳米以下的工艺，以提供更低的功耗。

但当前DRAM技术的存储单元基于1个晶体管搭配一个电容器（1T1C）。这种存储单元尺寸很难进一步缩小。因为较小的晶体管带来更多的漏电流，且较小的电容器结构拥有更少的电容量，这将导致两次刷新之间的间隔时间必须缩短。由于刷新周期频率的加快，16Gb DDR DRAM中高达20%的原始带宽将丢失，这给多核/多线程服务器中的CPU带来负担，使CPU必须挤压每一点儿性能来保持系统竞争力。

DRAM行业正处于如何在提高存储器性能的同时降低功耗的技术困境之中，采用当前的1T1C技术面临着物理学原理上的严峻挑战。Charlie Cheng表示，突破这种困境就需要一种全新的DRAM技术和架构，Kilopass的VLT技术为该问题提供了一种切实可行的解决方案。他还告诉记者，全新的VLT DRAM架构同时于2016年10月12日到13日在“中国集成电路设计业2016年会暨长沙集成电路产业创新发展高峰论坛”上进行了展出。

（本刊记者/游健）

相关链接：Charlie Cheng于2008年加入Kilopass担任首席执行官（CEO），在半导体知识产权（IP）界有15年的行业经验。在加入Kilopass之前，Charlie在智原科技（Faraday Technology）担任负责市场营销和国际业务的副总裁，他在此间帮助这家以台湾地区为中心的公司走向了国际化。在此之前，Charlie曾是Lexra Inc.的联合创始人兼首席执行官，该公司是一家提供嵌入式RISC CPU知识产权（IP）的公司。Charlie在通用电气和IBM公司开启了自己的职业生涯，并作为Aspec Technology的市场营销副总裁而开拓了半导体IP业务。他还曾在艾美加（Iomega）、Zycad和Viewlogic等公司担任过技术和管理职位。Charlie毕业于美国康奈尔大学，拥有计算机科学与机械工程学士学位。